JP6135927B2

JP6135927B2 - Stepping motor driving apparatus, driving system, and driving method, and lens unit and camera having the same

Info

Publication number: JP6135927B2
Application number: JP2013181366A
Authority: JP
Inventors: 田中　幸夫; 幸夫田中
Original assignee: Tamron Co Ltd
Current assignee: Tamron Co Ltd
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2033-09-02
Also published as: JP2015050847A

Description

本発明は、ステッピングモータの駆動装置に関し、特に、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータのステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラに関する。 The present invention relates to a stepping motor driving device, and more particularly to a stepping motor driving device, a driving system, and a driving method for a stepping motor in which a plurality of stators are arranged so as to face a magnetized rotor, and a lens having the same. Unit and camera.

特開２００５−２３７０４３号公報（特許文献１）には、ステッピングモータ駆動制御方法および装置が記載されている。このステッピングモータ駆動制御方法においては、ステッピングモータのＡ相及びＢ相の第１の励磁状態で、第１の前励磁を第１の時間実行する。次いで、第１の前励磁の励磁位置から回転方向の次の位置に対応するＡ相及びＢ相の第２の励磁状態で、第２の前励磁を第１の時間よりも長い第２の時間実行する。これにより、２度目の前励磁で相を正しく合わせることができ、従来の駆動方法よりも前励磁の期間を短くしても、加速状態にスムーズに移行することが確実になり、モータの立ち上げ時間を短縮することができる。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-237043 (Patent Document 1) describes a stepping motor drive control method and apparatus. In this stepping motor drive control method, the first pre-excitation is executed for the first time in the first excitation state of the A phase and B phase of the stepping motor. Next, in the second excitation state of the A phase and the B phase corresponding to the next position in the rotation direction from the excitation position of the first pre-excitation, the second pre-excitation is performed for a second time longer than the first time. Run. As a result, the phases can be correctly matched by the second pre-excitation, and even if the pre-excitation period is shorter than the conventional drive method, it is ensured that the transition to the acceleration state is smooth, and the motor is started up. Time can be shortened.

また、ステッピングモータの起動方法としては、起動開始時には励磁パルスの周期を長くしておき、少しずつ周期を短くすることにより徐々に回転数を上昇させ、次いで、目標とする回転数である定常回転数まで回転数が上昇した後、その回転数を維持する速度台形駆動方式等が知られている。即ち、ステッピングモータの起動直後から高回転数に相当する短周期の励磁パルスを印加してしまうと、加速に要するトルクが不足して、脱調が発生してしまう。このため、加速期間を設け、励磁パルスの周期を少しずつ短くすることにより脱調を防止しながら回転数を上昇させる、速度台形駆動方式が採用されている。なお、特開２００５−２３７０４３号公報記載の駆動制御方法は前励磁に要する期間を短縮するものであり、前励磁を実行した後は、従来の速度台形駆動方式等により加速を行う必要がある。 Also, as a starting method of the stepping motor, the excitation pulse cycle is lengthened at the start of startup, the rotation speed is gradually increased by gradually shortening the cycle, and then the steady rotation that is the target rotation speed There is known a speed trapezoidal drive system or the like that maintains the rotational speed after the rotational speed has increased to a certain number. That is, if an excitation pulse with a short period corresponding to a high rotational speed is applied immediately after the stepping motor is started, the torque required for acceleration is insufficient and step-out occurs. For this reason, a speed trapezoidal driving system is adopted in which an acceleration period is provided and the excitation pulse period is gradually shortened to increase the rotation speed while preventing step-out. Note that the drive control method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-237043 shortens the period required for pre-excitation, and after executing pre-excitation, it is necessary to perform acceleration by a conventional speed trapezoidal drive system or the like.

特開２００５−２３７０４３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-237043

しかしながら、光学機器の機構を駆動するためのアクチュエータとしてステッピングモータを使用することを想定した場合、特開２００５−２３７０４３号公報記載の駆動制御方法では、十分な立ち上げ時間の短縮ができないという問題がある。例えば、ステッピングモータを絞り機構の駆動に使用する場合、ステッピングモータを急速に起動して回転数を上昇させるが、定常回転数に到達した後は比較的短期間で停止される。従って、従来の速度台形駆動方式では、ステッピングモータの作動期間のうち加速期間が占める割合が多く、効率が悪い。 However, when it is assumed that a stepping motor is used as an actuator for driving the mechanism of the optical device, the drive control method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-237043 has a problem that the start-up time cannot be sufficiently shortened. is there. For example, when a stepping motor is used to drive the aperture mechanism, the stepping motor is rapidly activated to increase the rotational speed, but is stopped in a relatively short period after reaching the steady rotational speed. Therefore, in the conventional speed trapezoidal drive system, the acceleration period accounts for a large proportion of the operation period of the stepping motor, and the efficiency is poor.

加速期間を短縮するために励磁パルスの周期を急速に短くし、短時間で定常回転数に対応する周期まで短縮すると、脱調が発生する。これを防止するためにはステータにより生成される磁界を強くして、大きな駆動力を得る必要があるが、多くの光学機器は電池を電源とするものであるため、駆動力の強化には限界がある。本発明は、このような問題を解決するためになされたものである。 If the period of the excitation pulse is shortened rapidly in order to shorten the acceleration period and shortened to a period corresponding to the steady rotational speed in a short time, step-out occurs. In order to prevent this, it is necessary to increase the magnetic field generated by the stator and obtain a large driving force. However, since many optical devices are powered by batteries, there is a limit to the enhancement of the driving force. There is. The present invention has been made to solve such problems.

本発明は、比較的小さな駆動力で急速に起動することができるステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラを提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a stepping motor driving device, a driving system, and a driving method that can be rapidly activated with a relatively small driving force, and a lens unit and a camera having the stepping motor driving device.

上述した課題を解決するために、本発明は、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータ駆動装置であって、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a stepping motor driving device that drives a stepping motor in which a plurality of stators are arranged so as to face a magnetized rotor, and includes an excitation coil for each stator. Starts the rotor by generating a rotating magnetic field by controlling the current flowing through each excitation coil after the rotor is moved to the start preparation position and the current supplied to each excitation coil after the rotor is moved to the start preparation position. A driving current control circuit that performs cogging torque generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force when the respective excitation coils are in a non-energized state. It is characterized by being set as follows.

このように構成された本発明においては、起動準備回路は、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる。ここで、ステッピングモータのロータには、各励磁用コイルの非通電状態においてロータが磁力によりステータに吸引される位置がある。起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定される。駆動電流制御回路は、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する。 In the present invention configured as described above, the start-up preparation circuit passes a current through the exciting coil of each stator and rotates the rotor to a predetermined start-up preparation position. Here, the rotor of the stepping motor has a position where the rotor is attracted to the stator by a magnetic force when each exciting coil is not energized. The start preparation position is set so that cogging torque generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force acts in the start direction of the rotor in a non-energized state of each excitation coil. After the rotor is moved to the start preparation position, the drive current control circuit controls the current flowing through each exciting coil to generate a rotating magnetic field and start the rotor.

このように構成された本発明によれば、ステッピングモータの起動時において、ロータは起動準備位置に移動される。起動準備位置にあるロータには、起動方向へ向かうコギングトルクが作用する。起動準備位置にあるロータに対して、駆動電流制御回路による励磁によって発生するトルクが作用するため、コギングトルクと励磁によるトルクの合トルクにより、ロータを急速に起動することができる。 According to the present invention configured as described above, the rotor is moved to the start preparation position when the stepping motor is started. Cogging torque in the starting direction acts on the rotor in the starting preparation position. Since the torque generated by the excitation by the drive current control circuit acts on the rotor at the start preparation position, the rotor can be started rapidly by the combined torque of the cogging torque and the torque by the excitation.

本発明において、好ましくは、駆動電流制御回路は、マイクロステップ励磁方式で回転磁界を発生させる。
このように構成された本発明によれば、マイクロステップ励磁方式で回転磁界が発生されるので、起動準備位置に整合した位置から回転磁界を生成することができ、ロータを円滑に起動することができる。 In the present invention, the drive current control circuit preferably generates a rotating magnetic field by a microstep excitation method.
According to the present invention configured as described above, since the rotating magnetic field is generated by the microstep excitation method, the rotating magnetic field can be generated from the position aligned with the starting preparation position, and the rotor can be started smoothly. it can.

本発明において、好ましくは、駆動電流制御回路は、ロータの起動直後から定常回転数の回転磁界を発生させる。
このように構成された本発明によれば、ロータの回転数を漸増させる加速期間がないため、ステッピングモータを急速に起動することができる。 In the present invention, it is preferable that the drive current control circuit generates a rotating magnetic field having a steady rotational speed immediately after starting of the rotor.
According to the present invention configured as described above, since there is no acceleration period for gradually increasing the rotational speed of the rotor, the stepping motor can be started rapidly.

また、本発明は、ステッピングモータとこれを駆動するステッピングモータ駆動装置を備えたステッピングモータ駆動システムであって、着磁されたロータと、このロータに対向するように配置され、各々励磁用コイルを備えた複数のステータと、各励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる起動準備回路と、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する駆動電流制御回路と、を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定されることを特徴としている。 The present invention also provides a stepping motor drive system including a stepping motor and a stepping motor drive device for driving the stepping motor, the magnetized rotor being disposed so as to face the rotor, and an exciting coil for each. A plurality of stators provided, an activation preparation circuit for causing a current to flow to each excitation coil and rotating the rotor to a predetermined activation preparation position, and a current to be applied to each excitation coil after the rotor has been moved to the activation preparation position. And a drive current control circuit for starting a rotor by controlling to generate a rotating magnetic field, and the start preparation position is generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force in a non-energized state of each excitation coil The cogging torque to be applied is set so as to act in the starting direction of the rotor.

さらに、本発明は、レンズユニットであって、レンズ鏡筒と、このレンズ鏡筒の中に収容された撮像用レンズと、レンズ鏡筒内に収容された機構を駆動するための本発明のステッピングモータ駆動システムと、を有することを特徴としている。
また、本発明は、カメラであって、カメラ本体と、このカメラ本体に取り付けられた本発明のレンズユニットと、を有することを特徴としている。 Furthermore, the present invention is a lens unit, the lens barrel, the imaging lens accommodated in the lens barrel, and the stepping of the invention for driving a mechanism accommodated in the lens barrel. And a motor drive system.
In addition, the present invention is a camera, and includes a camera body and the lens unit of the present invention attached to the camera body.

さらに、本発明は、着磁されたロータに対向するように複数のステータが配置されたステッピングモータを駆動するステッピングモータの駆動方法であって、各ステータの励磁用コイルに電流を流し、ロータを所定の起動準備位置へ回転させる段階を有し、起動準備位置は、各励磁用コイルの非通電状態において、ロータが磁力によりステータに吸引されることにより発生するコギングトルクが、ロータの起動方向に作用するように設定され、さらに、ロータが起動準備位置に移動された後、各励磁用コイルに流す電流を制御して回転磁界を発生させ、ロータを起動する段階と、を有することを特徴としている。 Furthermore, the present invention relates to a stepping motor driving method for driving a stepping motor in which a plurality of stators are arranged so as to face a magnetized rotor. The start preparation position includes a step of rotating to a predetermined start preparation position, and in the non-energized state of each excitation coil, the cogging torque generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force is generated in the start direction of the rotor. And, after the rotor is moved to the start-up preparation position, a current flowing through each excitation coil is controlled to generate a rotating magnetic field, and the rotor is started. Yes.

本発明のステッピングモータ駆動装置、駆動システム、及び駆動方法、及びそれを有するレンズユニット、カメラによれば、比較的小さな駆動力でステッピングモータを急速に起動することができる。 According to the stepping motor driving device, the driving system, the driving method, and the lens unit and camera having the stepping motor driving device of the present invention, the stepping motor can be rapidly started with a relatively small driving force.

本発明の実施形態によるカメラの断面図である。It is sectional drawing of the camera by embodiment of this invention. 開放状態における絞り機構の斜視図である。It is a perspective view of the aperture mechanism in the open state. 開口径を絞った状態における絞り機構の斜視図である。It is a perspective view of the aperture mechanism in a state where the aperture diameter is reduced. 作動原理を説明するために簡略化されたステッピングモータの模式図である。It is the schematic diagram of the stepping motor simplified in order to demonstrate an operation principle. ステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the micro step drive of a stepping motor. ステッピングモータのロータに作用するコギングトルクを説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the cogging torque which acts on the rotor of a stepping motor. ステッピングモータを起動する際に、ステッピングモータ駆動装置により実行されるフローチャートである。It is a flowchart performed by a stepping motor drive device when starting a stepping motor. ステッピングモータの起動時においてロータが移動される起動準備位置を説明する図である。It is a figure explaining the starting preparation position to which a rotor is moved at the time of starting of a stepping motor. 本発明の実施形態のステッピングモータ駆動装置により駆動されるステッピングモータの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the stepping motor driven by the stepping motor drive device of embodiment of this invention.

次に、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
まず、図１乃至図８を参照して、本発明の実施形態によるカメラを説明する。図１は本発明の実施形態によるカメラの断面図である。
図１に示すように、本発明の実施形態のカメラ１は、レンズユニット２と、カメラ本体４と、を有する。レンズユニット２は、レンズ鏡筒６と、このレンズ鏡筒の中に配置された複数の撮像用レンズ８と、透過光量を調節する絞り機構１０と、を有する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First, a camera according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of a camera according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, a camera 1 according to an embodiment of the present invention includes a lens unit 2 and a camera body 4. The lens unit 2 includes a lens barrel 6, a plurality of imaging lenses 8 arranged in the lens barrel, and a diaphragm mechanism 10 that adjusts the amount of transmitted light.

レンズユニット２は、カメラ本体４に取り付けられ、入射した光を撮像素子Ｃに結像させるように構成されている。
概ね円筒形のレンズ鏡筒６は、内部に複数の撮像用レンズ８を保持しており、一部の撮像用レンズ８を移動させることによりピント調整を可能としている。また、レンズ鏡筒６の内部に配置された絞り機構１０により、撮像素子Ｃに入射する光量を調整するように構成されている。 The lens unit 2 is attached to the camera body 4 and configured to form incident light on the image sensor C.
The generally cylindrical lens barrel 6 holds a plurality of imaging lenses 8 therein, and allows focus adjustment by moving some imaging lenses 8. Further, the amount of light incident on the image sensor C is adjusted by the diaphragm mechanism 10 disposed inside the lens barrel 6.

次に、図２及び図３を参照して、本発明の実施形態によるカメラ１に内蔵されている絞り機構１０の構成を説明する。図２は開放状態における絞り機構１０の斜視図であり、図３は開口径を絞った状態における絞り機構１０の斜視図である。なお、図２及び図３は、絞り機構１０の絞り機構筐体の正面カバーを取り外した状態で示されている。 Next, the configuration of the aperture mechanism 10 built in the camera 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a perspective view of the aperture mechanism 10 in the open state, and FIG. 3 is a perspective view of the aperture mechanism 10 in a state where the aperture diameter is reduced. 2 and 3 are shown with the front cover of the diaphragm mechanism housing of the diaphragm mechanism 10 removed.

図２及び図３に示すように、絞り機構１０は、絞り機構筐体１２と、動輪１４と、複数枚の絞り羽根１６と、カムプレート１７（図１）と、を有する。また、絞り機構１０は、固定部である絞り機構筐体１２の正面カバー１２ａ（図１）に取り付けられた、動輪１４を駆動するためのステッピングモータ１８（図１）を有する。 2 and 3, the aperture mechanism 10 includes an aperture mechanism housing 12, a driving wheel 14, a plurality of aperture blades 16, and a cam plate 17 (FIG. 1). The diaphragm mechanism 10 has a stepping motor 18 (FIG. 1) for driving the driving wheel 14 attached to the front cover 12a (FIG. 1) of the diaphragm mechanism housing 12 which is a fixed portion.

また、図１に示すように、レンズ鏡筒６にはステッピングモータ駆動装置２０が内蔵されており、ステッピングモータ１８は、このステッピングモータ駆動装置２０により作動される。さらに、ステッピングモータ駆動装置２０には、起動準備回路２０ａと、駆動電流制御回路２０ｂが備えられている。また、ステッピングモータ１８及びステッピングモータ駆動装置２０は、ステッピングモータ駆動システムを構成する。絞り機構１０は、カメラ本体４からの信号に基づいて、ステッピングモータ駆動システムにより駆動され、開度が変更される。本実施形態においては、起動準備回路２０ａ、及び駆動電流制御回路２０ｂは、マイクロプロセッサ、メモリ、これらを作動させるプログラム、及びオペアンプ（以上、図示せず）等により構成されている。 Further, as shown in FIG. 1, the lens barrel 6 includes a stepping motor driving device 20, and the stepping motor 18 is operated by the stepping motor driving device 20. Further, the stepping motor drive device 20 is provided with a start preparation circuit 20a and a drive current control circuit 20b. Further, the stepping motor 18 and the stepping motor drive device 20 constitute a stepping motor drive system. The aperture mechanism 10 is driven by a stepping motor drive system based on a signal from the camera body 4, and the opening degree is changed. In the present embodiment, the startup preparation circuit 20a and the drive current control circuit 20b are configured by a microprocessor, a memory, a program for operating these, an operational amplifier (not shown), and the like.

図２及び図３に示すように、絞り機構筐体１２は、絞り機構１０の各部品が収納された箱形の部材であり、動輪１４を回動可能に支持している。また、絞り機構筐体１２には、動輪１４の開口部と整合するように円形の開口が設けられており、絞り機構１０に入射した光が通過できるようになっている。また、絞り機構筐体１２には、絞り機構筐体正面の開口部を覆うように正面カバー１２ａ（図１）が取り付けられている。この正面カバー１２ａにも、動輪１４の開口部と整合するように円形の開口が設けられている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the diaphragm mechanism housing 12 is a box-shaped member in which each component of the diaphragm mechanism 10 is housed, and supports the driving wheel 14 in a rotatable manner. The aperture mechanism housing 12 is provided with a circular opening so as to be aligned with the opening of the moving wheel 14 so that light incident on the aperture mechanism 10 can pass therethrough. In addition, a front cover 12a (FIG. 1) is attached to the aperture mechanism housing 12 so as to cover the opening on the front surface of the aperture mechanism housing. The front cover 12 a is also provided with a circular opening so as to be aligned with the opening of the driving wheel 14.

動輪１４は、円形の平板であり、その中心に円形の開口部１４ａが形成されている。この動輪１４は、絞り機構筐体１２により、中心軸線Ａを中心に回動可能に支持されている。なお、中心軸線Ａは、レンズユニット２の光軸Ａ（図１）と一致している。また、動輪１４には、中心軸線Ａを中心とする円の円周上に、８つの絞り羽根軸受１４ｂが設けられている。８枚の絞り羽根１６は、夫々、各絞り羽根軸受１４ｂを中心に回動可能に取り付けられている。 The driving wheel 14 is a circular flat plate, and a circular opening 14a is formed at the center thereof. The driving wheel 14 is supported by the diaphragm mechanism housing 12 so as to be rotatable about the central axis A. The central axis A coincides with the optical axis A of the lens unit 2 (FIG. 1). The moving wheel 14 is provided with eight diaphragm blade bearings 14b on the circumference of a circle centered on the central axis A. The eight diaphragm blades 16 are attached so as to be rotatable around the respective diaphragm blade bearings 14b.

また、動輪１４の外周縁の一部には、ギア１４ｃが形成されている。このギア１４ｃは、ステッピングモータ１８の出力軸１８ａに取り付けられた歯車１８ｂ（図１）と係合されている。これにより、ステッピングモータ１８が起動されると、動輪１４が中心軸線Ａを中心に回動される。 A gear 14 c is formed on a part of the outer peripheral edge of the moving wheel 14. The gear 14 c is engaged with a gear 18 b (FIG. 1) attached to the output shaft 18 a of the stepping motor 18. Thereby, when the stepping motor 18 is activated, the driving wheel 14 is rotated about the central axis A.

絞り羽根１６は、先端に向かって先細に形成された薄板であり、本実施形態においては８枚設けられている。また、各絞り羽根１６には、中心軸線Ａと平行に延びる回転軸（図示せず）が設けられており、これら回転軸が動輪１４の各絞り羽根軸受１４ｂに受け入れられている。各絞り羽根１６が回転軸（図示せず）を中心に回動されることにより、絞り機構１０は、図２に示す開放状態や、図３に示すような絞られた状態をとることができる。 The diaphragm blades 16 are thin plates that are tapered toward the tip, and eight diaphragm blades are provided in this embodiment. Each diaphragm blade 16 is provided with a rotation shaft (not shown) extending in parallel with the central axis A, and these rotation shafts are received by each diaphragm blade bearing 14 b of the driving wheel 14. By rotating each diaphragm blade 16 about a rotation axis (not shown), the diaphragm mechanism 10 can be in the open state shown in FIG. 2 or the throttled state shown in FIG. .

カムプレート１７（図１）はカム溝（図示せず）が形成されたドーナツ形の平板であり、絞り機構筐体１２内に、動輪１４と平行に固定されている。各絞り羽根１６は、カムプレート１７と動輪１４との間に挟まれるように配置されている。各絞り羽根１６のカムプレート側の面には、カムフォロワ突起（図示せず）が形成されており、これらのカムフォロワ突起は、カムプレート１７に形成された８本のカム溝（図示せず）に夫々受け入れられている。これにより、動輪１４がステッピングモータ１８により回動されると、これに取り付けられた各絞り羽根１６も動輪１４と共に回動される。この際、各絞り羽根１６に設けられたカムフォロワ突起（図示せず）がカムプレート１７のカム溝（図示せず）に沿って移動される。これにより、各絞り羽根１６は各絞り羽根軸受１４ｂを中心に回動され、絞りの開度が変更される。なお、本実施形態において採用されているカムプレート１７及び動輪１４によって各絞り羽根１６を回動させる機構は、広く使用されている周知の機構である。 The cam plate 17 (FIG. 1) is a donut-shaped flat plate in which a cam groove (not shown) is formed, and is fixed in the diaphragm mechanism housing 12 in parallel with the driving wheel 14. Each diaphragm blade 16 is disposed so as to be sandwiched between the cam plate 17 and the driving wheel 14. Cam follower protrusions (not shown) are formed on the surface of each diaphragm blade 16 on the cam plate side, and these cam follower protrusions are formed in eight cam grooves (not shown) formed on the cam plate 17. Each is accepted. Thus, when the moving wheel 14 is rotated by the stepping motor 18, each diaphragm blade 16 attached thereto is also rotated together with the moving wheel 14. At this time, cam follower protrusions (not shown) provided on each diaphragm blade 16 are moved along cam grooves (not shown) of the cam plate 17. Thereby, each aperture blade 16 is rotated around each aperture blade bearing 14b, and the aperture of the aperture is changed. In addition, the mechanism which rotates each diaphragm blade | wing 16 with the cam plate 17 and the driving wheel 14 employ | adopted in this embodiment is a well-known mechanism widely used.

次に、図４を参照して、一般的なステッピングモータの作動原理を説明する。
図４は、作動原理を説明するために簡略化されたステッピングモータの模式図であり、図４（ａ）〜（ｈ）の順に磁界を変化させることにより、ステッピングモータのロータが回転される。
図４に示すように、ステッピングモータ１８は、出力軸１８ａに取り付けられた円形のロータ２２と、このロータ２２と対向するように配置された４つのステータ２４ａ〜２４ｄと、を有する。 Next, the operation principle of a general stepping motor will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a schematic diagram of a stepping motor simplified for explaining the operation principle. By changing the magnetic field in the order of FIGS. 4A to 4H, the rotor of the stepping motor is rotated.
As shown in FIG. 4, the stepping motor 18 includes a circular rotor 22 attached to the output shaft 18 a, and four stators 24 a to 24 d disposed so as to face the rotor 22.

ロータ２２は円形の永久磁石であり、図４に示す例では、その直径を挟んで両側がＮ極及びＳ極に夫々着磁されている。
４つのステータは、夫々、鉄芯２６及びこれに巻かれた励磁用コイル２８を備えており、ロータ２２の周囲に等間隔に配置されている。各ステータ２４ａ〜２４ｄは、ロータ２２の半径方向の磁界を夫々発生されるように構成されており、励磁用コイル２８に流す電流の向きを反転させることにより、磁界の向きを反転させることができる。図４に示す例では、ロータ２２を挟んで対向するように設けられたステータ２４ａとステータ２４ｃがＡ相に、ステータ２４ｂとステータ２４ｄがＢ相に、夫々割り当てられている。 The rotor 22 is a circular permanent magnet. In the example shown in FIG. 4, both sides of the rotor 22 are magnetized with an N pole and an S pole, respectively.
Each of the four stators includes an iron core 26 and an exciting coil 28 wound around the iron core 26, and is arranged around the rotor 22 at equal intervals. Each of the stators 24 a to 24 d is configured to generate a magnetic field in the radial direction of the rotor 22, and the direction of the magnetic field can be reversed by reversing the direction of the current flowing through the exciting coil 28. . In the example shown in FIG. 4, the stator 24a and the stator 24c provided so as to face each other across the rotor 22 are assigned to the A phase, and the stator 24b and the stator 24d are assigned to the B phase.

まず、図４（ａ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃの励磁用コイル２８に所定の方向の電流を流すことにより、各ステータは、図中に矢印で示す右向きの磁界を生成する。これらの磁界により、図中に大きな矢印で示す右向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は、図４（ａ）に示す回転位置に移動される。 First, as shown in FIG. 4 (a), a current in a predetermined direction is caused to flow through the exciting coils 28 of the A-phase stator 24a and the stator 24c, so that each stator generates a rightward magnetic field indicated by an arrow in the figure. Generate. By these magnetic fields, a combined magnetic field directed to the right indicated by a large arrow in the figure is generated. When this synthetic magnetic field acts, the magnetized rotor 22 is moved to the rotational position shown in FIG.

次いで、図４（ｂ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄの励磁用コイル２８にも所定の方向の電流を流すことにより、ステータ２４ｂ、２４ｄは、図中に矢印で示す下向きの磁界を生成する。また、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃは、図４（ａ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す右下向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は時計回りに４５°回転され、図４（ｂ）に示す回転位置に移動される。 Next, as shown in FIG. 4B, a current in a predetermined direction is also passed through the B-phase stator 24b and the exciting coil 28 of the stator 24d, so that the stators 24b and 24d face downward as indicated by arrows in the figure. Generates a magnetic field. Further, since the A-phase stator 24a and the stator 24c generate the same magnetic field as in FIG. 4A, a composite magnetic field directed downward to the right indicated by a large arrow in the drawing is generated. As a result of this combined magnetic field, the magnetized rotor 22 is rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

さらに、図４（ｃ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＢ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄによる下向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように下向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｃ）に示す回転位置に移動される。 Further, as shown in FIG. 4C, by stopping the current flowing through the A-phase stator 24a and the stator 24c, the magnetic field generated is only the downward magnetic field generated by the B-phase stator 24b and the stator 24d. As a result, the combined magnetic field is directed downward as indicated by a large arrow in the figure. As a result of this combined magnetic field, the rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

次に、図４（ｄ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに、図４（ａ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ａ及びステータ２４ｃには、図中に矢印で示す左向きの磁界が生成される。また、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄは、図４（ｃ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す左下向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｄ）に示す回転位置に移動される。 Next, as shown in FIG. 4D, a current in a direction opposite to that in FIG. 4A is passed through the A-phase stator 24a and the stator 24c, so that the stator 24a and the stator 24c A leftward magnetic field indicated by an arrow is generated. Further, since the B-phase stator 24b and the stator 24d generate the same magnetic field as in FIG. 4C, a composite magnetic field directed downward to the left indicated by a large arrow in the drawing is generated. As a result of this combined magnetic field, the magnetized rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

さらに、図４（ｅ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＡ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃによる左向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように左向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｅ）に示す回転位置に移動される。 Further, as shown in FIG. 4E, by stopping the current flowing through the B-phase stator 24b and the stator 24d, the magnetic field generated is only the left-direction magnetic field generated by the A-phase stator 24a and the stator 24c. As a result, the resultant magnetic field is directed to the left as indicated by a large arrow in the figure. As a result of this combined magnetic field acting, the rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

次に、図４（ｆ）に示すように、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄに、図４（ｃ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ｂ及びステータ２４ｄには、図中に矢印で示す上向きの磁界が生成される。また、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃは、図４（ｅ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す左上向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｆ）に示す回転位置に移動される。 Next, as shown in FIG. 4 (f), by passing a current in the opposite direction to FIG. 4 (c) through the B-phase stator 24b and the stator 24d, the stator 24b and the stator 24d are An upward magnetic field indicated by an arrow is generated. Further, since the A-phase stator 24a and the stator 24c generate the same magnetic field as in FIG. 4E, a combined magnetic field is generated in the upper left direction indicated by a large arrow in the drawing. As a result of this combined magnetic field acting, the magnetized rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

さらに、図４（ｇ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに流す電流を停止させることにより、生成される磁界はＢ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄによる上向きの磁界のみとなる。これにより、合成磁界は、図中に大きな矢印で示すように上向きになる。この合成磁界が作用することにより、ロータ２２は、更に時計回りに４５°回転され、図４（ｇ）に示す回転位置に移動される。 Further, as shown in FIG. 4G, by stopping the current flowing through the A-phase stator 24a and the stator 24c, the magnetic field generated is only the upward magnetic field generated by the B-phase stator 24b and the stator 24d. As a result, the composite magnetic field is directed upward as indicated by a large arrow in the figure. As a result of this combined magnetic field acting, the rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

次に、図４（ｈ）に示すように、Ａ相のステータ２４ａ及びステータ２４ｃに、図４（ｄ）とは反対方向の電流を流すことにより、ステータ２４ａ及びステータ２４ｃには、図中に矢印で示す右向きの磁界が生成される。また、Ｂ相のステータ２４ｂ及びステータ２４ｄは、図４（ｇ）と同様の磁界を生成しているため、図中に大きな矢印で示す右上向きの合成磁界が生成される。この合成磁界が作用することにより、着磁されているロータ２２は更に時計回りに４５°回転され、図４（ｈ）に示す回転位置に移動される。 Next, as shown in FIG. 4 (h), by passing a current in the opposite direction to FIG. 4 (d) through the A-phase stator 24a and the stator 24c, the stator 24a and the stator 24c A rightward magnetic field indicated by an arrow is generated. Further, since the B-phase stator 24b and the stator 24d generate the same magnetic field as that in FIG. 4G, a composite magnetic field facing upwards indicated by a large arrow in the figure is generated. As a result of this combined magnetic field acting, the magnetized rotor 22 is further rotated 45 ° clockwise and moved to the rotational position shown in FIG.

以上、図４（ａ）〜（ｈ）に示したように、各ステータの励磁用コイルに流す電流を順次切り換える動作を繰り返すことにより、ロータ２２が回転駆動される。また、従来のステッピングモータの駆動方法においては、起動時には、図４（ａ）〜（ｈ）の磁界を切り換える周期を長くしておき、少しずつ周期を短縮することによりロータを加速している。次いで、磁界の切り換え周期が、目標とするロータの回転数である定常回転数に対応する周期に到達すると、切り換え周期が一定に維持される。さらに、従来のステッピングモータの駆動方法において採用されている「前励磁」においては、一般に、ロータが図４（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）の何れかの回転位置となるように、各励磁用コイルに電流が流される。 As described above, as shown in FIGS. 4A to 4H, the rotor 22 is rotationally driven by repeating the operation of sequentially switching the current flowing through the exciting coil of each stator. In the conventional stepping motor driving method, at the time of start-up, the period for switching the magnetic fields in FIGS. 4A to 4H is lengthened, and the rotor is accelerated by gradually shortening the period. Next, when the switching period of the magnetic field reaches a period corresponding to the steady rotational speed that is the target rotational speed of the rotor, the switching period is kept constant. Furthermore, in the “pre-excitation” employed in the conventional stepping motor driving method, the rotor is generally at any one of the rotational positions shown in FIGS. 4 (a), (c), (e), and (g). Thus, a current is passed through each exciting coil.

なお、図４に示す例では、簡略化するためにロータ２２は、Ｓ極、Ｎ極の２極に着磁されているが、ロータの円周方向に沿って多数のＳ極、Ｎ極が交互に配置された形式のロータが使用される場合が多い。また、図４に示す例では、４つのステータが設けられていたが、２つ以上の種々の数のステータが備えられたステッピングモータが使用されている。さらに、図４に例示した駆動は１−２相駆動と呼ばれる駆動方式であり、この他に１相駆動、２相駆動と呼ばれる駆動方式も広く使用されている。これらの駆動方式においては、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流はパルス状に変化される。 In the example shown in FIG. 4, the rotor 22 is magnetized to two poles of S pole and N pole for simplification, but many S poles and N poles are arranged along the circumferential direction of the rotor. Interleaved types of rotors are often used. In the example shown in FIG. 4, four stators are provided. However, a stepping motor having two or more various numbers of stators is used. Furthermore, the drive illustrated in FIG. 4 is a drive system called 1-2 phase drive, and a drive system called 1-phase drive and 2-phase drive is also widely used. In these drive systems, the current flowing in the excitation coils of the A-phase and B-phase stators is changed in pulses.

次に、図５を参照して、ステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する。
図５はステッピングモータのマイクロステップ駆動を説明する模式図である。
図４により説明した１−２相駆動、及び１相駆動、２相駆動においては、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は矩形波状に変化されている。従って、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界は、正方向の最大値、ゼロ、又は負方向の最大値の何れかである。これに対し、マイクロステップ駆動においては、図５（ｂ）に示すように、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は、正弦波状に変化され、Ａ相、Ｂ相の波形は９０°位相がずれている。これにより、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界は、正方向の最大値と負方向の最大値の間で連続的（多段階）に変化される。 Next, microstep driving of the stepping motor will be described with reference to FIG.
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining microstep driving of the stepping motor.
In the 1-2 phase drive, the 1 phase drive, and the 2 phase drive described with reference to FIG. 4, the current flowing through the excitation coils of the A phase and B phase stators is changed in a rectangular wave shape. Therefore, the magnetic fields generated by the A-phase and B-phase stators are either the maximum value in the positive direction, zero, or the maximum value in the negative direction. On the other hand, in the micro step drive, as shown in FIG. 5B, the currents flowing in the excitation coils of the A-phase and B-phase stators are changed into sine waves, and the waveforms of the A-phase and B-phase are 90 ° out of phase. Thus, the magnetic fields generated by the A-phase and B-phase stators are continuously (multistage) changed between the maximum value in the positive direction and the maximum value in the negative direction.

例えば、図５（ｂ）の時刻ｔ１の状態においては、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は比較的小さい値を取り、図５（ａ）に示すように、ステータ２４ｂ、２４ｄは弱い磁界を生成する。一方、Ａ相のステータの励磁用コイルに流れる電流は最大値に近い値を取り、図５（ａ）に示すように、ステータ２４ａ、２４ｃは強い磁界を生成する。これら、Ａ相、Ｂ相のステータが夫々生成する磁界の合成磁界は、図５（ａ）に大きな矢印で示すように斜め４５°よりも水平に近い右上方向に向けられる。このように、Ａ相とＢ相のステータの励磁用コイルに流す電流を適宜配分することにより、任意の方向の合成磁界を生成することができる。マイクロステップ駆動においては、図５（ｂ）に示すように、各ステータの励磁用コイルに流れる電流を正弦波状に変化させることにより、合成磁界は時計回りに連続的（多段階）に回転される。この合成磁界の回転に伴いロータが回転される。 For example, in the state at time t1 in FIG. 5B, the current flowing in the excitation coil of the B-phase stator takes a relatively small value, and the stators 24b and 24d are weak as shown in FIG. 5A. Generate a magnetic field. On the other hand, the current flowing through the excitation coil of the A-phase stator takes a value close to the maximum value, and the stators 24a and 24c generate a strong magnetic field as shown in FIG. These combined magnetic fields generated by the A-phase and B-phase stators are directed in the upper right direction, which is closer to the horizontal than 45 ° obliquely, as indicated by a large arrow in FIG. In this way, a composite magnetic field in an arbitrary direction can be generated by appropriately allocating the current flowing through the excitation coils of the A-phase and B-phase stators. In the micro step drive, as shown in FIG. 5B, by changing the current flowing through the excitation coil of each stator in a sine wave shape, the synthesized magnetic field is rotated continuously (multistage) in the clockwise direction. . The rotor is rotated with the rotation of the synthetic magnetic field.

次に、図６を参照して、ロータに作用するコギングトルクを説明する。
図６は、ステッピングモータのロータに作用するコギングトルクを説明する模式図である。
図６（ａ）に示すように、ロータ２２は着磁されており、一方、ステータ２４ａ〜２４ｄの鉄芯２６は磁性材であるため、ステータ２４ａ〜２４ｄの各励磁用コイル２８に電流が流れていない状態においても、ロータ２２と各鉄芯２６の間には磁気による吸引力が作用する。図６（ａ）に示す状態では、ロータ２２のＳ極とステータ２４ｄの鉄芯２６、及びロータ２２のＮ極とステータ２４ｂの鉄芯２６が夫々近接しており、それらの間に吸引力が発生している。また、ロータ２２が図６（ａ）に示す状態から僅かに回転された位置にある場合には、ロータ２２を図６（ａ）に示す位置に戻すべく、ロータ２２にコギングトルクが作用する。 Next, the cogging torque that acts on the rotor will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the cogging torque acting on the rotor of the stepping motor.
As shown in FIG. 6A, the rotor 22 is magnetized, while the iron core 26 of the stators 24a to 24d is a magnetic material, so that a current flows through each exciting coil 28 of the stators 24a to 24d. Even in a state where it is not, a magnetic attractive force acts between the rotor 22 and each iron core 26. In the state shown in FIG. 6A, the S pole of the rotor 22 and the iron core 26 of the stator 24d, and the N pole of the rotor 22 and the iron core 26 of the stator 24b are close to each other, and there is an attractive force between them. It has occurred. When the rotor 22 is in a position slightly rotated from the state shown in FIG. 6A, cogging torque acts on the rotor 22 to return the rotor 22 to the position shown in FIG.

このように、ロータと各ステータの間には、励磁用コイルに通電されていない状態においても、ロータを所定の位置に回転させようとするトルクが作用する。図６（ａ）に示す例においては、ロータ２２上の点Ｑがステータ２４ｄに近接する位置（図６（ａ）に示す位置）の他、点Ｑがステータ２４ａ〜２４ｃに夫々近接する合計４つの回転位置に向けてロータ２２が吸引される。本明細書においては、このように、各励磁用コイルへの非通電状態において、ロータが磁力により吸引される回転位置を低ポテンシャル位置と呼ぶ。図６（ｂ）はロータの回転角とポテンシャルの関係を示す図であり、図６（ｂ）に示すように、ロータ２２は、３６０°の回転中に４つの低ポテンシャル点Ｐ１〜Ｐ４を通る。 In this way, torque that rotates the rotor to a predetermined position acts between the rotor and each stator even when the excitation coil is not energized. In the example shown in FIG. 6A, in addition to the position where the point Q on the rotor 22 is close to the stator 24d (the position shown in FIG. 6A), a total of 4 points Q are close to the stators 24a to 24c, respectively. The rotor 22 is sucked toward one rotational position. In this specification, in this way, the rotational position where the rotor is attracted by magnetic force in the non-energized state of each exciting coil is referred to as a low potential position. FIG. 6B is a diagram showing the relationship between the rotation angle of the rotor and the potential. As shown in FIG. 6B, the rotor 22 passes through the four low potential points P1 to P4 during the rotation of 360 °. .

ロータ２２が点Ｐ１〜Ｐ４の低ポテンシャル点の何れにも位置していない場合には、各励磁用コイルへの非通電状態においても、最も近い低ポテンシャル位置へ回転させるべくロータ２２にコギングトルクが作用する。また、励磁用コイル２８への通電が行われている状態においては、各ステータへの励磁に基づいて発生するトルクとコギングトルクが重畳されたトルクがロータ２２に作用する。なお、図６（ｂ）に示すように、ロータ２２が各低ポテンシャル点の中間点Ｐ１２、Ｐ２３、Ｐ３４、Ｐ４１にある場合（図６（ａ）の点Ｑが右上、右下、左下、左上の斜め４５度に向けられている場合）には、コギングトルクはゼロとなり、また、中間点の近傍ではコギングトルクは小さくなる。 When the rotor 22 is not located at any of the low potential points P1 to P4, the cogging torque is applied to the rotor 22 so as to rotate to the nearest low potential position even in the non-energized state of each excitation coil. Works. In addition, in a state where the excitation coil 28 is energized, torque generated by excitation of each stator and torque in which cogging torque is superimposed acts on the rotor 22. As shown in FIG. 6B, when the rotor 22 is at the intermediate points P12, P23, P34, and P41 of the low potential points (point Q in FIG. 6A is upper right, lower right, lower left, upper left). The cogging torque is zero, and the cogging torque is small in the vicinity of the intermediate point.

次に、図７及び図８を参照して、本発明の実施形態によるステッピングモータ駆動装置の作用を説明する。
図７は、ステッピングモータを起動する際に、ステッピングモータ駆動装置により実行されるフローチャートである。図８は、ステッピングモータの起動時においてロータが移動される起動準備位置を説明する図である。
まず、図７のステップＳ１においては、ステッピングモータ駆動装置２０に内蔵された起動準備回路２０ａ（図１）により、ロータ２２が所定の起動準備位置へ回転される。 Next, the operation of the stepping motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a flowchart executed by the stepping motor driving device when starting the stepping motor. FIG. 8 is a diagram illustrating a start preparation position where the rotor is moved when the stepping motor is started.
First, in step S1 of FIG. 7, the rotor 22 is rotated to a predetermined start preparation position by the start preparation circuit 20a (FIG. 1) built in the stepping motor driving device 20.

ここでは、一例として、ロータ２２が図８（ａ）の位置にある状態からステッピングモータ１８を時計回りに起動する場合における起動準備位置の設定ついて説明する。図８（ａ）においては、ロータ２２は、点Ｑがステータ２４ａに近接した低ポテンシャル位置にある。このロータ２２の位置を、図８（ｂ）の低ポテンシャル点Ｐ２に対応する低ポテンシャル位置とする。この低ポテンシャル位置を第１の低ポテンシャル位置として、ロータ２２を時計回りに起動する場合、起動準備位置は次のように設定される。即ち、起動準備位置は、第１の低ポテンシャル位置（低ポテンシャル点Ｐ２）に対して、ロータの起動方向とは反対の側で隣接する第２の低ポテンシャル位置（低ポテンシャル点Ｐ１）との間であって、これらの低ポテンシャル位置の中間点（点Ｐ１２）よりも第１の低ポテンシャル位置（点Ｐ２）に近い位置（点Ｒ１）に設定される。このように起動準備位置を設定することにより、コギングトルクがロータの起動方向に作用する。 Here, as an example, the setting of the start preparation position when starting the stepping motor 18 clockwise from the state where the rotor 22 is in the position of FIG. 8A will be described. In FIG. 8A, the rotor 22 is in a low potential position where the point Q is close to the stator 24a. The position of the rotor 22 is set as a low potential position corresponding to the low potential point P2 in FIG. When the rotor 22 is started clockwise with this low potential position as the first low potential position, the start preparation position is set as follows. In other words, the start preparation position is between the first low potential position (low potential point P2) and the second low potential position (low potential point P1) adjacent on the side opposite to the start direction of the rotor. Thus, it is set at a position (point R1) closer to the first low potential position (point P2) than the intermediate point (point P12) of these low potential positions. By setting the starting preparation position in this way, cogging torque acts in the starting direction of the rotor.

このように、起動準備位置は、低ポテンシャル点Ｐ２と中間点Ｐ１２の間の点（例えば、点Ｒ１）に、即ち、ロータ２２が図８（ａ）に示す位置から反時計回りに４５°未満回転された位置（例えば、点Ｑが点Ｑ’まで反時計回りに回転された位置）に設定される。本実施形態においては、ロータ２２を時計回りに起動させる場合、ロータ２２を反時計回りに約４２°回転させた点を起動準備位置としている。好ましくは、起動準備位置は、隣接する低ポテンシャル位置までの回転角の約１／４〜約１／２だけ、起動方向とは逆の方向に回転された位置に設定する。即ち、図８（ａ）に示す例においては、起動準備位置は、約２２．５°〜約４５°逆方向に回転された位置に設定するのがよい。低ポテンシャル位置は、実際には製造上のばらつきがあるため、励磁の戻し量は４５°（隣接する低ポテンシャル位置までの回転角の１／２）よりは若干少なくするのが望ましい。 Thus, the start preparation position is a point between the low potential point P2 and the intermediate point P12 (for example, the point R1), that is, the rotor 22 is less than 45 ° counterclockwise from the position shown in FIG. A rotated position (for example, a position where the point Q is rotated counterclockwise to the point Q ′) is set. In the present embodiment, when the rotor 22 is started clockwise, the start preparation position is a point where the rotor 22 is rotated about 42 ° counterclockwise. Preferably, the activation preparation position is set to a position rotated in a direction opposite to the activation direction by about ¼ to about ½ of the rotation angle to the adjacent low potential position. That is, in the example shown in FIG. 8A, the start preparation position is preferably set to a position rotated in the reverse direction of about 22.5 ° to about 45 °. Since the low potential position actually has manufacturing variations, it is desirable that the return amount of excitation is slightly smaller than 45 ° (1/2 of the rotation angle to the adjacent low potential position).

なお、ロータ２２の起動準備位置への移動は、図５により説明したマイクロステップ駆動と同様に、Ａ相のステータの励磁用コイルに流す電流と、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流す電流を適宜配分することにより実行される。また、本実施形態においては、低ポテンシャル位置から起動準備位置へロータ２２を移動させる際、Ａ相、Ｂ相のステータの励磁用コイルに流す電流は、瞬時に起動準備位置に対応した電流に切り換えられる。或いは、変形例として、起動準備位置へ移動させる際、励磁用コイルに流す電流を少しずつ変化させ、起動準備位置に対応した電流に設定することもできる。 Note that the movement of the rotor 22 to the start preparation position is similar to the microstep drive described with reference to FIG. 5 except that the current flowing through the excitation coil of the A-phase stator and the current flowing through the excitation coil of the B-phase stator. It is executed by appropriately allocating. In the present embodiment, when the rotor 22 is moved from the low potential position to the start preparation position, the current flowing through the excitation coils of the A-phase and B-phase stators is instantaneously switched to a current corresponding to the start preparation position. It is done. Alternatively, as a modification, when moving to the start preparation position, the current flowing through the exciting coil can be changed little by little and set to a current corresponding to the start preparation position.

次に、図７のステップＳ２においては、ロータ２２が起動準備位置に移動された後、ステッピングモータ駆動装置２０に内蔵された駆動電流制御回路２０ｂ（図１）により、各ステータの励磁用コイル２８に電流が流され、時計回りの回転磁界が生成される。これによりロータ２２が回転され、ステッピングモータ１８が起動される。即ち、図８（ａ）において、ロータ２２が低ポテンシャル点から反時計回りに回転移動された起動準備位置から、ロータ２２が時計回りに起動される。また、点Ｑは、図８（ｂ）において、点Ｒ１から点Ｐ２→点Ｐ２３→点Ｐ３→点Ｐ３４→点Ｐ４．．．と移動される。 Next, in step S2 of FIG. 7, after the rotor 22 is moved to the start preparation position, the excitation coil 28 of each stator is driven by the drive current control circuit 20b (FIG. 1) built in the stepping motor drive device 20. An electric current is passed through and a clockwise rotating magnetic field is generated. As a result, the rotor 22 is rotated and the stepping motor 18 is started. That is, in FIG. 8A, the rotor 22 is started clockwise from the start preparation position where the rotor 22 is rotated counterclockwise from the low potential point. Further, in FIG. 8B, the point Q is changed from the point R1 to the point P2, the point P23, the point P3, the point P34, the point P4. . . And moved.

なお、本実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、図５により説明したマイクロステップ駆動方式により、各ステータの励磁用コイル２８に電流を流し、回転磁界を生成する。例えば、起動準備位置におけるＡ相、Ｂ相の電流配分が、図５（ｂ）の時刻ｔ１の電流配分に相当するとすれば、駆動電流制御回路２０ｂは、時刻ｔ１の状態から出発して、正弦波状の電流を各ステータの励磁用コイル２８に流す。また、本実施形態においては、各励磁用コイル２８に流れる正弦波状の電流波形の周期は、ロータ２２の起動直後から目標とする定常回転数の回転磁界が発生されるように設定されている。即ち、各励磁用コイル２８には、最初から、定常回転数に対応した一定の周波数の電流が流される。このため本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、電流波形の周期を少しずつ短くする（周波数を高くする）加速期間が存在せず、脱調することなく、ステッピングモータ１８を急速に起動させることができる。 In the present embodiment, the drive current control circuit 20b generates a rotating magnetic field by causing a current to flow through the exciting coil 28 of each stator by the microstep drive method described with reference to FIG. For example, if the A-phase and B-phase current distribution at the start preparation position corresponds to the current distribution at time t1 in FIG. 5B, the drive current control circuit 20b starts from the state at time t1 and sine A wavy current is passed through the exciting coil 28 of each stator. In the present embodiment, the period of the sinusoidal current waveform flowing through each excitation coil 28 is set so that a rotating magnetic field having a target steady-state rotational speed is generated immediately after the rotor 22 is started. That is, a current having a constant frequency corresponding to the steady rotational speed flows through each exciting coil 28 from the beginning. For this reason, according to the stepping motor driving apparatus 20 of the present embodiment, there is no acceleration period in which the current waveform cycle is gradually shortened (frequency is increased), and the stepping motor 18 is rapidly activated without stepping out. Can be made.

このような急速な起動は、一旦ロータ２２を起動準備位置に移動させることにより可能にされたものである。即ち、起動準備位置に位置決めされたロータ２２には、ロータ２２を起動方向（図８の例では時計回り）に回転させるコギングトルクが作用しており、このコギングトルクと、各ステータへの励磁により生成されるトルクが重畳されることにより大きな起動トルクを得ることができ、急速な起動が可能となる。これに対し、従来のステッピングモータの駆動方法では、一般に、起動時において「前励磁」が実施される。この「前励磁」においては、通常、ロータは何れかの低ポテンシャル位置（図８（ｂ）における点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）に移動される。これらの低ポテンシャル位置からの起動される場合、起動は、各ステータへの励磁により生成されるトルクのみによって行われ、コギングトルクは起動を妨げる方向に作用する。このため、従来の駆動方法では、急速な起動を行うことができず、各ステータの励磁用コイルに流す電流波形の周期を少しずつ短くし、緩やかに加速を行うことにより脱調を防止している。これに対して、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０においては、コギングトルクによって加速が補助されるため、急速な起動が可能になる。 Such a rapid start is made possible by once moving the rotor 22 to the start preparation position. That is, the cogging torque that rotates the rotor 22 in the starting direction (clockwise in the example of FIG. 8) acts on the rotor 22 positioned at the starting preparation position, and this cogging torque and excitation to each stator A large starting torque can be obtained by superimposing the generated torque, and rapid starting is possible. On the other hand, in the conventional stepping motor driving method, “pre-excitation” is generally performed at the time of startup. In this “pre-excitation”, the rotor is normally moved to any low potential position (points P1, P2, P3, P4 in FIG. 8B). When activated from these low potential positions, the activation is performed only by the torque generated by the excitation of each stator, and the cogging torque acts in a direction that prevents the activation. For this reason, with the conventional driving method, rapid start-up cannot be performed, and the period of the current waveform passed through the excitation coil of each stator is gradually shortened to prevent step-out by gently accelerating. Yes. On the other hand, in the stepping motor driving device 20 of the present embodiment, acceleration is assisted by the cogging torque, so that rapid startup is possible.

本件発明者が行った実験によれば、一例として、前励磁を行うことなくステッピングモータを起動させた場合、２相換算３１２．５ｐｐｓの回転速度で脱調なく起動させるには最低１．１５９Ｖの電圧が必要であった。また、前励磁を行った場合には、最低電圧は１．０１１Ｖであった。これに対し、本発明の実施形態の駆動方法を使用した場合、同一条件において、ステッピングモータを最低電圧０．８３３Ｖで起動することができた。さらに、約１秒かけて緩やかにロータを起動準備位置まで移動させた後、起動を行った場合、最低電圧０．８２３Ｖで起動することが可能であり、最低起動電圧を更に低下させることができた。このように、本実施形態の駆動方法によれば、より低い電圧でステッピングモータを起動することができる。換言すれば、本実施形態の駆動方法によれば、同一の駆動電圧に対して、より急速にロータを起動することができる。なお、上記の電圧は、ＰＷＭ変調によりパルス状に印加された電圧を、連続的な電圧値に換算した値である。また、図５により説明したマイクロステップ駆動の場合においても、ＰＷＭ変調により電圧を印加し、各ステータの励磁用コイルに実質的に正弦波状の電流を流すことができる。 According to an experiment conducted by the present inventors, as an example, when starting a stepping motor without performing pre-excitation, a minimum of 1.159 V is required to start without step-out at a rotational speed of 312.5 pps in terms of two phases. Voltage was needed. When pre-excitation was performed, the minimum voltage was 1.011V. On the other hand, when the driving method of the embodiment of the present invention was used, the stepping motor could be started at the minimum voltage of 0.833 V under the same conditions. In addition, when starting the rotor after slowly moving it to the starting preparation position over about one second, it is possible to start at the minimum voltage of 0.823V, and further lower the minimum starting voltage. It was. Thus, according to the driving method of the present embodiment, the stepping motor can be started with a lower voltage. In other words, according to the driving method of the present embodiment, the rotor can be started more rapidly with respect to the same driving voltage. The voltage is a value obtained by converting a voltage applied in a pulse form by PWM modulation into a continuous voltage value. Also in the case of the microstep drive described with reference to FIG. 5, it is possible to apply a voltage by PWM modulation and to allow a substantially sinusoidal current to flow through the excitation coil of each stator.

なお、図８に示す例では、ロータ２２が低ポテンシャル点Ｐ２から時計回りに起動される場合について説明したが、任意の点からロータ２２を起動することができる。また、図８に示す例では、ロータ２２は時計回りに起動されているが、ロータ２２を反時計回りに起動することもできる。この場合には、ロータ２２を例えば、低ポテンシャル点Ｐ２から時計回りに起動準備位置Ｒ２へ回転させておき、この位置から反時計回りの回転磁界を発生させることにより、ロータ２２を反時計回りに起動することができる。 In the example shown in FIG. 8, the case where the rotor 22 is started clockwise from the low potential point P2 has been described, but the rotor 22 can be started from an arbitrary point. Further, in the example shown in FIG. 8, the rotor 22 is activated clockwise, but the rotor 22 can also be activated counterclockwise. In this case, for example, the rotor 22 is rotated clockwise from the low potential point P2 to the starting preparation position R2, and the rotor 22 is rotated counterclockwise by generating a counterclockwise rotating magnetic field from this position. Can be activated.

本発明の実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、ステッピングモータ１８の起動時において、ロータ２２は起動準備位置（図８のＲ１又はＲ２）に移動される。起動準備位置は、ロータ２２に起動方向へ向かうコギングトルクが作用するように設定されている。即ち、時計回りに起動される場合には中間点Ｐ１２よりも低ポテンシャル点Ｐ２に近い点Ｒ１に、反時計回りに起動される場合には中間点Ｐ２３よりも低ポテンシャル点Ｐ２に近い点Ｒ２に、起動準備位置が設定される。この結果、起動準備位置にあるロータ２２に対して、駆動電流制御回路２０ｂによる励磁により発生するトルクが作用するため、コギングトルクと励磁によるトルクの合トルクにより、ロータ２２を急速に起動することができる。 According to the stepping motor drive device 20 of the embodiment of the present invention, when the stepping motor 18 is started, the rotor 22 is moved to the start preparation position (R1 or R2 in FIG. 8). The start preparation position is set so that cogging torque toward the start direction acts on the rotor 22. That is, when activated clockwise, the point R1 is closer to the low potential point P2 than the intermediate point P12, and when activated counterclockwise, the point R2 is closer to the lower potential point P2 than the intermediate point P23. The start preparation position is set. As a result, the torque generated by the excitation by the drive current control circuit 20b acts on the rotor 22 in the start preparation position, so that the rotor 22 can be started rapidly by the combined torque of the cogging torque and the torque by the excitation. it can.

また、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、マイクロステップ励磁方式で回転磁界が発生される。このため、ロータ２２を起動準備位置に移動させたＡ相、Ｂ相のステータの励磁状態から、連続的に回転磁界を生成することができ、ロータ２２を円滑に起動することができる。 Further, according to the stepping motor driving apparatus 20 of the present embodiment, the rotating magnetic field is generated by the microstep excitation method. Therefore, a rotating magnetic field can be generated continuously from the excited states of the A-phase and B-phase stators that have moved the rotor 22 to the start-up preparation position, and the rotor 22 can be started up smoothly.

さらに、本実施形態のステッピングモータ駆動装置２０によれば、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２の起動直後から定常回転数の回転磁界を発生させる。このため、ロータ２２の回転数を漸増させる加速期間がないため、ステッピングモータ１８を急速に起動することができる。また、一般に、各ステータを励磁する励磁電流の周波数とロータに作用するトルクの関係は一定ではなく、生成されるトルクが大きく落ち込む周波数が存在する。この結果、加速期間中に励磁電流の周波数を漸増させると、或る周波数帯でトルクが低下する場合があり、これが円滑な加速を阻害する。本実施形態によれば、起動直後から定常回転数の回転磁界が生成されるので、このようなトルクムラによる悪影響を回避することができる。 Furthermore, according to the stepping motor drive device 20 of the present embodiment, the drive current control circuit 20b generates a rotating magnetic field having a steady rotational speed immediately after the rotor 22 is started. For this reason, since there is no acceleration period for gradually increasing the rotation speed of the rotor 22, the stepping motor 18 can be started rapidly. In general, the relationship between the frequency of the excitation current that excites each stator and the torque that acts on the rotor is not constant, and there is a frequency at which the generated torque drops significantly. As a result, when the frequency of the excitation current is gradually increased during the acceleration period, the torque may decrease in a certain frequency band, which hinders smooth acceleration. According to the present embodiment, a rotating magnetic field having a steady rotational speed is generated immediately after startup, so that adverse effects due to such torque unevenness can be avoided.

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、上述した実施形態に種々の変更を加えることができる。特に、上述した本発明の実施形態では、ロータの周囲に４つのステータが等間隔に配置されたステッピングモータの起動を説明したが、任意のタイプのステッピングモータに本発明を適用することができる。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, a various change can be added to embodiment mentioned above. In particular, in the above-described embodiment of the present invention, the activation of the stepping motor in which four stators are arranged at equal intervals around the rotor has been described. However, the present invention can be applied to any type of stepping motor.

例えば、図９に示すようなステッピングモータに、本発明を適用することができる。図９に示すステッピングモータ３０は、ロータ３２と、これに対向するように配置された２つのステータ３４ａ、３４ｂを有する。また、２つのステータ３４ａ、３４ｂは、図９に示すように、ロータ３２の両側に「ハ」の字型に配置されている。このような形態のステッピングモータは、撮像用レンズ周囲の少ないスペースに配置可能であるため、レンズ鏡筒内に組み込むステッピングモータとして、特に好適である。 For example, the present invention can be applied to a stepping motor as shown in FIG. A stepping motor 30 shown in FIG. 9 includes a rotor 32 and two stators 34a and 34b arranged to face the rotor 32. Further, as shown in FIG. 9, the two stators 34 a and 34 b are arranged in a “C” shape on both sides of the rotor 32. Since the stepping motor having such a configuration can be arranged in a small space around the imaging lens, it is particularly suitable as a stepping motor incorporated in the lens barrel.

さらに、上述した本発明の実施形態においては、絞り機構駆動用のステッピングモータに本発明を適用していたが、任意の用途のステッピングモータに本発明を適用することができる。なお、本発明の適用が好適な、レンズ鏡筒内に収容される機構としては、絞り機構の他に、例えば、像振れ防止用レンズの係止機構、フィルタの駆動機構等がある。 Furthermore, in the above-described embodiment of the present invention, the present invention is applied to the stepping motor for driving the aperture mechanism, but the present invention can be applied to a stepping motor for any application. In addition to the aperture mechanism, examples of the mechanism accommodated in the lens barrel to which the present invention is suitable include an image blur prevention lens locking mechanism and a filter driving mechanism.

また、上述した実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２が起動準備位置に移動された後、マイクロステップ駆動方式によりロータ２２を駆動しているが、変形例として、２相駆動方式、又は１−２相駆動方式によってロータ２２を駆動することもできる。 In the above-described embodiment, the drive current control circuit 20b drives the rotor 22 by the microstep drive method after the rotor 22 is moved to the start preparation position. However, as a modified example, the two-phase drive method is used. Alternatively, the rotor 22 can be driven by a 1-2 phase drive system.

さらに、上述した実施形態においては、駆動電流制御回路２０ｂは、ロータ２２の起動直後から定常回転数の回転磁界が発生されるように各ステータを励磁していたが、ロータ２２を起動準備位置に移動させた後、速度台形駆動方式によりロータ２２を駆動することもできる。本実施形態の駆動電流制御回路２０ｂによれば、速度台形駆動方式による起動を行う場合であっても、その加速期間を短く設定することができる。 Further, in the above-described embodiment, the drive current control circuit 20b excites each stator so that a rotating magnetic field having a steady rotational speed is generated immediately after the rotor 22 is started. After the movement, the rotor 22 can be driven by a speed trapezoidal drive system. According to the drive current control circuit 20b of the present embodiment, the acceleration period can be set short even when the activation is performed by the speed trapezoidal drive method.

１本発明の実施形態のカメラ
２レンズユニット
４カメラ本体
６レンズ鏡筒
８撮像用レンズ
１０絞り機構
１２絞り機構筐体
１２ａ正面カバー
１４動輪
１４ａ開口部
１４ｂ絞り羽根軸受
１４ｃギア
１６絞り羽根
１７カムプレート
１８ステッピングモータ
１８ａ出力軸
１８ｂ歯車
２０ステッピングモータ駆動装置
２０ａ起動準備回路
２０ｂ駆動電流制御回路
２２ロータ
２４ａ〜２４ｄステータ
２６鉄芯
２８励磁用コイル
３０ステッピングモータ
３２ロータ
３４ａ、３４ｂステータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera of embodiment of this invention 2 Lens unit 4 Camera main body 6 Lens barrel 8 Imaging lens 10 Aperture mechanism 12 Aperture mechanism housing 12a Front cover 14 Driving wheel 14a Opening 14b Aperture blade bearing 14c Gear 16 Aperture blade 17 Cam plate DESCRIPTION OF SYMBOLS 18 Stepping motor 18a Output shaft 18b Gear 20 Stepping motor drive device 20a Start preparation circuit 20b Drive current control circuit 22 Rotor 24a-24d Stator 26 Iron core 28 Excitation coil 30 Stepping motor 32 Rotor 34a, 34b Stator

Claims

A stepping motor driving device for driving a stepping motor in which a plurality of stators are arranged so as to face a magnetized rotor,
A start-up preparation circuit for causing a current to flow through the excitation coil of each stator and rotating the rotor to a predetermined start-up preparation position;
A drive current control circuit that controls a current flowing through each of the excitation coils to generate a rotating magnetic field and starts the rotor after the rotor is moved to the start preparation position;
The starting preparation position is set so that cogging torque generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force acts in the starting direction of the rotor in a non-energized state of the excitation coils. Stepping motor drive device characterized by the above.

The stepping motor drive device according to claim 1, wherein the drive current control circuit generates a rotating magnetic field by a microstep excitation method.

3. The stepping motor drive device according to claim 1, wherein the drive current control circuit generates a rotating magnetic field having a steady rotational speed immediately after the rotor is started.

A stepping motor drive system comprising a stepping motor and a stepping motor drive device for driving the stepping motor,
A magnetized rotor;
A plurality of stators arranged to face the rotor and each having an exciting coil;
A start-up preparation circuit for causing a current to flow through each of the excitation coils and rotating the rotor to a predetermined start-up preparation position;
A drive current control circuit that controls a current flowing through each of the excitation coils to generate a rotating magnetic field and starts the rotor after the rotor is moved to the start preparation position;
The starting preparation position is set so that cogging torque generated when the rotor is attracted to the stator by a magnetic force acts in the starting direction of the rotor in a non-energized state of the excitation coils. Stepping motor drive system characterized by

A lens unit,
A lens barrel;
An imaging lens housed in the lens barrel;
5. A lens unit comprising: a stepping motor drive system according to claim 4 for driving a mechanism housed in the lens barrel.

A camera,
The camera body,
And a lens unit according to claim 5 attached to the camera body.

A stepping motor driving method for driving a stepping motor in which a plurality of stators are arranged so as to face a magnetized rotor,
Passing a current through the exciting coil of each stator and rotating the rotor to a predetermined starting preparation position;
The starting preparation position is set so that a cogging torque generated by the rotor being attracted to the stator by a magnetic force acts in the starting direction of the rotor in a non-energized state of the excitation coils.
Further, after the rotor is moved to the start preparation position, the stepping motor has a step of starting the rotor by generating a rotating magnetic field by controlling a current flowing through each of the excitation coils. Driving method.