JP3625272B2 - ステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法に関し、特に、ステッパモータのロータに連動するストッパ片が固定ストッパに当接するタイミングと、このステッパモータを駆動するための励磁信号中の安定ステップとを同期させるためのステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車速を表示するスピードメータや、エンジン回転数を指示するタコメータ等の車載メータには、応答性や指示精度の要求に応えるため、近年ステッパモータを使用したものが多用されている。しかしながら、ステッパモータを用いて正確に指示を行わせるためには、ステッパモータの回転に連動するストッパ片が固定ストッパに当接するタイミングとそのステッパモータを駆動するための励磁信号の安定ステップとの初期同期をとっておく必要がある。
【０００３】
上述のような初期同期は、通常、車載メータに等の組立工程において行われるが、従来においては、ストッパ片が固定ストッパに当接するように、ストッパ片や同じくロータに連動する指針を押しつけておき、この時のロータの回転パターンに上記安定ステップを同期させることによって行われていた。又は、バックラッシュの量を見込んで上記初期設定を行ったりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来のやり方では、設定のガイドラインとなる指標が明確でなく、モータ装置を構成する指針、ギア、その他の構成部品の材質やギアの遊び等の影響もあり、バラツキが多い上、初期設定時間も長くかかるという問題があった。
【０００５】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、初期設定のための指標を数字により明確に示し、初期設定を確実かつ容易にできるようにし、かつ初期設定時間を短縮できるようにしたステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のステッパモータの初期設定装置は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する励磁信号供給手段と、前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する跳ね返りステップ入力手段と、前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出するシフトステップ算出手段と、前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する初期設定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、励磁信号供給手段は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号をロータを回転させるためのコイルに供給する。跳ね返りステップ入力手段は、ロータの回転方向が、第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する。シフトステップ算出手段は、跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する。初期設定手段は、上記シフトステップ番号をストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。これにより、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１記載の初期設定装置において、前記初期設定手段は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書込手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、初期設定手段に含まれるデータ書込手段により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１記載の初期設定装置において、前記シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項３記載の初期設定装置において、前記ステッパモータは、複数個であり、複数のステッパモータに対応して算出された前記シフトステップ番号を、前記記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させる整列手段を更に有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、本発明は、複数個のステッパモータを使用する際、きわめて有効になる。すなわち、整列手段により、各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１〜４いずれか記載のステッパモータの初期設定装置において、前記ロータは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、前記励磁信号は、正弦波形に基づいて生成され、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、ロータはＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成される。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載のステッパモータの初期設定方法は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する第１工程と、前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を取得する第２工程と、前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する第３工程と、前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する第４工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、第１工程では、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号をロータを回転させるためのコイルに供給する。第２工程では、ロータの回転方向が、第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する。第３工程では、跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する。第４工程では、上記シフトステップ番号をストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。これにより、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載のステッパモータの初期設定方法は、請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、前記第４工程は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書き込み工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、第４工程に含まれるデータ書き込み工程により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載のステッパモータの初期設定方法は、請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、前記シフトステップ番号を表示する第５工程を更に有することを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１を用いて、本発明が適用される装置に関して説明する。図１は、本発明が適用される装置全体を示す概要図である。
【００２３】
図１において、ステッパモータを駆動するモータドライバ１は、駆動コイルＣ１及びＣ２にロータ２を回転駆動するための励磁信号を供給する。この励磁信号は、後述するが、基本的にＳＩＮ及びＣＯＳ波形に基づいて生成された、均等に割り当てられた３２の励磁ステップから構成されるものである。モータドライバ１は、このモータドライバ１の基本機能である後述するフィルタ処理やデータ変換等を行うＣＰＵを含んで構成されるので、以後の説明では、モータドライバ１をドライバＣＰＵ又は単にＣＰＵとして説明することもある。
【００２４】
相互に９０度の角度をもって配設された駆動コイルＣ１及びＣ２に、回転駆動されるロータ２は、ここでは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であるとする。ロータ２は、中間ギア３及び出力ギア４に連結されている。出力ギア４には、指針又はストッパ片５が設けられている。
【００２５】
この指針又はストッパ片５は、固定ストッパ６で定められる点をゼロ点として、励磁信号に応じたロータ２の回転に連動して回転移動し、図示しない所定の目盛りを指示したりする。例えば、増速時には、指針又はストッパ片５は、矢印で示すように時計回りに回転移動し、逆に、減速時又はゼロ戻し時にはこの矢印とは反対方向の半時計回りに回転移動する。
【００２６】
また、モータドライバ１は、Ｉ／Ｆ８１及びＩ／Ｆ９１を介して、それぞれイグニッションスイッチ８（ＩＧＮ８）及びスピードセンサ９に接続されている。モータドライバ１は、ＩＧＮ８のＩＧＮオン又はオフに応答して、上記指針又はストッパ片５を零点に戻すための励磁信号を生成してコイルＣ１及びＣ２に供給する。更に、モータドライバ１は、スピードセンサ９から送出される車速に応じたセンサ出力（スピードパルス）を受け、指針又はストッパ片５を車速に応じた量だけ移動させるための励磁信号を生成して、コイルＣ１及びＣ２に供給する。
【００２７】
更に、モータドライバ１は、車載バッテリから電源７が供給されている。モータドライバ１は、この電源７がオンになったタイミングで、上記指針又はストッパ片５を零点に戻すための励磁信号を生成してコイルＣ１及びＣ２に供給するようにしてもよい。
【００２８】
また更に、モータドライバ１は、Ｅ２ＰＲＯＭ１０が接続されている。このＥ２ＰＲＯＭ１０は、書き換え可能な記憶手段であり、上記指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接するタイミングと後述する励磁信号の安定ステップとの対応関係を示すデータ等を格納する。このＥ２ＰＲＯＭ１０は、後述の初期設定装置等の書込装置により、電気的に格納するデータを書き換えることができる。
【００２９】
更にまた、モータドライバ１は、後述の初期設定装置と接続される接続端子ＤＲＸを有している。この接続端子ＤＲＸを介して、モータドライバ１は、初期設定装置から初期設定用のデータステップからなる励磁信号又は指令信号を受け、コイルＣ１及びＣ２に初期設定用のデータステップからなる励磁信号を供給する。
【００３０】
なお、この例では、モータドライバ１は、スピードメータに対応する１種類のモータ素子又は部品（参照番号Ｃ１、Ｃ２、２、３、４、５及び６）のみ制御するように記載しているが、時分割制御等によってスピードメータの他にタコメータ、燃料計、温度計等も制御できるようにしてもよい。
【００３１】
上記モータドライバ１は、１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、３次フィルタ１３、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４、出力回路１５、スピードフィルタ１６、レジスタ１７及びＲＯＭ１８を含んで構成される。このモータドライバ１は、基本的にＣＰＵによって構成され、ステッパモータを駆動する励磁信号を生成する。
【００３２】
上記１次フィルタ１１は、モータの最大回転速度を制御するもので、指針制御信号（又は角度データ）の変化量に応じた所定値を加減算することによって、指針制御信号にフィルタ処理をする。２次フィルタ１２は、１次フィルタ１１のフィルタ処理結果に所定時間毎に加重平均処理をしてデータ変化量を平滑化する。３次フィルタ１３は、２次フィルタ１２のフィルタ処理結果に更に所定時間毎にステッパモータが脱調しないように加重平均処理をして、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４に供給する。
【００３３】
なお、このテーブル１４中に記載されているＳ０、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ２４及びＳ２８は、上記励磁信号を構成する３２のステップのうちの４ステップ毎のステップ番号を示すものである。４ステップ毎のステップ間には、更にステップが存在するが、例えば、Ｓ０とＳ４の間には、Ｓ２及びＳ３が存在するが、ここでは説明を簡単にするため省略している。各ステップに対応するロータ２の回転パターンは、図５を用いて後述する。
【００３４】
ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４は、上記３次フィルタ１３からのフィルタ処理結果を受け、マイクロステップの励磁信号に相当するＳＩＮ／ＣＯＳデータを生成する。出力回路１５は、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４からのＳＩＮ／ＣＯＳデータに基づき、ロータ２を回転させるため、コイルＣ１及びＣ２に供給される励磁信号を所定電圧値として出力する。
【００３５】
スピードフィルタ１６は、上述したスピードセンサ９から供給されるスピードパルスをそれに相当する角度データに変換して、上記１次フィルタ１１に出力する。レジスタ１７は、励磁信号生成の過程でＥ２ＰＲＯＭ１０から転送されるモータの安定ポジションデータを一時的に格納するものである。ＲＯＭ１８は、ゼロ戻し処理時に生成する励磁信号の目標角度データ等、ＣＰＵの処理に必要なデータを格納している。
【００３６】
次に図２を用いて、本発明の一実施形態について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態を示すブロック図である。特に、図２（Ａ）は初期設定装置２０の概要を示すブロック図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の表示部の一例を示すブロック図である。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、初期設定装置２０は、制御部２０１、シフトステップ表示部２０２、データステップ出力部２０３、跳ね返りステップ入力部２０４、及び書き込みデータ出力２０５を含んで構成される。
【００３８】
制御部２０１は、ステッパモータのロータ２に連動する指針又はストッパ片５を固定ストッパ６で定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための３２の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を、モータドライバ１の接続端子ＤＲＸ接続されるデータステップ出力部２０３を介して、モータドライバ１に供給する。このデータステップ出力部２０３は、Ｅ２ＰＲＯＭ１０との接続端子、接続線、インターフェース等を含んで構成される。上述の制御部２０１の機能及びデータステップ出力部２０３は、請求項記載の励磁信号供給手段及び第１工程に相当する。
【００３９】
なお、制御部２０１は、データステップ出力部２０３を介して、上記モータドライバ１に指令信号を送り、上記モータドライバ１に含まれる各フィルタ、テーブル、出力回路を利用して、上述と同様、ステッパモータのロータ２に連動する指針又はストッパ片５を固定ストッパ６で定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための励磁信号を生成させるようにしてもよい。
またなお、図示していないが上記励磁信号又は指令信号の送出指令をするスイッチが制御部２０１に接続されている。
【００４０】
跳ね返りステップ入力部２０４は、請求項記載の跳ね返りステップ入力手段（及び第２工程）に相当し、ロータの回転方向が、ゼロ点に向かう方向（請求項記載の第１の回転方向）から、これとは逆方向に変化した時のステップ番号（跳ね返りステップ番号）を入力するものである。この跳ね返りステップ入力部２０４は、例えば、プッシュスイッチを利用して、ロータに連動する指針の跳ね上がりを目視で確認した時に、スイッチが押下されることによって、このときのステップ番号が上記跳ね返りステップ番号として、上記励磁信号供給手段から取得され、後述の制御部２０１のシフトステップ算出手段に入力されるようにすればよい。
【００４１】
上記制御部２０１は、請求項記載のシフトステップ算出手段（及び第３工程）を有し、この算出手段では、跳ね返りステップ入力手段からの上記跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクル（１電気サイクルを３６０度とした時の１８０度に相当する励磁ステップ数）に対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出し、シフトステップ表示部２０２に供給する。このシフト値の根拠は、図５を用いて後述する。
【００４２】
上記制御部２０１のシフトステップ算出手段により算出されたシフトステップ番号を受けて、シフトステップ表示部２０２は、シフトステップ番号を表示する。表示部２０２は、例えば、ＬＥＤを用いて表示され、この表示部２０２の表示例は、図２（Ｂ）に示される。図２（Ｂ）に示す表示例では、モータドライバに、上記データステップを送信させ、上記跳ね返りステップ番号を入力した時、１電気サイクルで１８０度ずれた値（シフトステップ番号）は、励磁ステップ１６であることを示している。このシフトステップ表示部２０２は、請求項記載のシフトステップ表示手段及び第５工程に相当する。
【００４３】
上述のように、シフトステップ番号が表示されるので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００４４】
書き込みデータ出力２０５は、上記シフトステップ算出手段で算出された上記シフトステップ番号に基づくデータを、制御部２０１の制御により、モータドライバ１に接続されたＥ２ＰＲＯＭ１０へのデータ書込をするため、Ｅ２ＰＲＯＭ１０のデータ書込端子に接続される接続端子、接続線、インターフェース等を含んで構成される。また、図示していないが、上記書き込み開始を指令するスイッチが制御部２０１に接続されている。
このＥ２ＰＲＯＭ１０に格納されるデータに基づいてモータドライバ１は、ストッパ片５が固定ストッパ６に当接したタイミングに安定ステップを同期させて、励磁信号をコイルＣ１及びＣ２に印加することになる。上述の制御部２０１の機能及び書き込みデータ出力２０５は、請求項記載の初期設定手段及び第４工程に相当する。
【００４５】
上述のようにモータドライバ１に接続されたＥ２ＰＲＯＭ１０に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００４６】
更に、図３を用いて、上記制御部２０１が行うデータ処理の過程で生成されるデータの一例について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態のデータ処理の過程で生成されるデータの一例を示す説明図である。
【００４７】
図３（Ａ）において、モータドライバ１に図中のデータステップで示すステップ番号を送った時の、各データステップ番号にそれぞれ対応するシフトシフトステップ番号である表示データを示す。上述したように、１電気サイクルは均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されるので、例えば、データステップ０に対して表示データは１電気サイクルで１８０度ずれた１６となる。同様に、データステップ２８、２４、２０、１６、１２、８及び４には、表示データ１２、８、４、０、２８、２４及び２０が対応する。例えば、組立工程において、指針がデータステップ０で跳ね返った場合、表示データは１６になるので、そのモータの安定ステップは１６になることがわかる。
なお、本例では、上記４ステップ毎にデータを生成するようにしているが、これを２ステップ毎、或いは１ステップ毎等にしてもよい。
【００４８】
上述したように、モータドライバ１はスピードメータ（ＳＰＥＥＤ）の他にタコメータ（ＴＨＣＨＯ）、燃料計（ＴＡＮＫ）、温度計（ＴＥＭＰ）を制御する場合、Ｅ２ＰＲＯＭ１０には、各メータに対応する各安定ステップデータに関するデータが格納されている。Ｅ２ＰＲＯＭ１０にはＳＰＥＥＤ、ＴＨＣＨＯ、ＴＡＮＫ及びＴＥＭＰの順でデータを格納しているものとする。
【００４９】
そこで、上記制御部２０１は、上記各メータ用の複数のステッパモータに対応して算出された上記シフトステップ番号を、Ｅ２ＰＲＯＭ１０における格納順序に対応づけて、図３（Ｂ）に示すように、整列させる。このように各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
なお、ここで示す制御部２０１の機能は、請求項記載の整列手段に相当する。
【００５０】
最後に、図４及び図５を用いて、本実施形態で用いられる励磁信号の波形例及び励磁ステップとロータの回転パターンとの関係、及び上記シフト値の根拠について説明する。
【００５１】
ここで示す例では、ロータは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されるものと想定する。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００５２】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図１に示すコイルＣ１、Ｃ２に供給される励磁信号の波形の例を示す。
【００５３】
コイルＣ１、Ｃ２に供給される２相の励磁信号は、相互に９０度の位相差を有する２相の正弦波に基づいている。この図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、１電気サイクル（又は１サイクルと記載）が３２の励磁ステップで構成される２相の励磁信号が上記モータドライバ１から出力され、コイルＣ１、Ｃ２に供給される。コイルＣ１、Ｃ２に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のうちのいずれの相の励磁信号が供給されるかは、ロータ２に対するコイルＣ１、Ｃ２の配置、ロータの回転方向等を考慮して決められる。
例えば、増速時には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す波形の励磁信号を図中、左から右に進む方向に各コイルに供給し、減速時又はゼロ戻し時にはこれとは逆方向に供給する。
【００５４】
図５は、本発明の一実施形態で用いられる励磁ステップとロータの回転パターンとの関係を示す図である。この図に示す例は、正常なゼロ戻し時（上記ゼロ点に指針又はストッパ片を戻す時）にロータが、図中、矢印で示す方向に徐々に回転するものと想定している。
【００５５】
説明を簡単にするために、上記励磁信号を構成する３２のステップのうちの４ステップ毎のステップ番号に対応するロータの回転パターンのみを示している。この図の四角形で囲まれた参照番号Ｓ０、Ｓ２８、Ｓ２４、Ｓ２０、Ｓ１６、Ｓ１２、Ｓ８、及びＳ４は、４ステップ毎のステップ番号を示す。実際には、励磁信号の１サイクルは、Ｓ０、Ｓ３１、Ｓ３０、Ｓ２９、Ｓ２８、Ｓ２７、Ｓ２６、Ｓ２５、Ｓ２４、Ｓ２３、Ｓ２２、Ｓ２１、Ｓ２０、Ｓ１９、Ｓ１８、Ｓ１７、Ｓ１６、Ｓ１５、Ｓ１４、Ｓ１３、Ｓ１２、Ｓ１１、Ｓ１０、Ｓ９、Ｓ８、Ｓ７、Ｓ６、Ｓ５、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２及びＳ１からなる均等に割り当てられた３２のステップで構成されているので、例えば、Ｓ０とＳ２８との間には、Ｓ３１、Ｓ３０及びＳ２９が存在する。図に示す他のステップ間も同様である。
なお、この例では、ゼロ戻し時を想定しているので、ステップ番号は降べきの順に記載している。
【００５６】
ロータも同様に、この図に示す８つの回転パターンの間に徐々に角度変移する回転パターンが存在し、上記Ｓ０〜Ｓ１の３２のステップにそれぞれ対応する回転パターンを有する。括弧内に示す数字は、上記各ステップに対応したロータの回転角を示す。この例では、ロータの時計回りを正転方向とし、ゼロ戻し時には、図中、矢印で示す半時計回りにロータが回転すると想定しているので、括弧内に示す数字にはマイナス（−）を付す。
【００５７】
正常時には、図に示すＳ０に示すロータの回転パターンに、図１で示したロータに連動する指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接するように設定されている。このようなＳ０が、上述してきた安定ステップに相当する。
【００５８】
ロータを駆動するコイルに印加される励磁信号がＳ０、Ｓ２８、Ｓ２４、…、と移行するに応じて、正常時には、ロータはこの図に示すように４ステップで９度ずつ矢印方向に回転していく。上述したように、実際には、励磁信号の１サイクルは、３２のステップで構成されているので、例えば、Ｓ０とＳ２８との間には、Ｓ３１、Ｓ３０及びＳ２９が存在する。図に示す他のステップ間も同様である。したがって、ロータもこの図に示す回転パターンの間に存在する回転パターンを徐々に取りながら、図に示すような４ステップ毎の回転パターンになる。
【００５９】
ロータが上記のように１０極で、ギアレシオが３６：１の場合、１サイクルで出力ギアが２度回転することになる。１サイクルは、３２の均等なステップで構成されているので、１ステップで出力ギアは、０．０６２５度回転することになる。
【００６０】
ところで、Ｓ０でコイルに印加される励磁信号を構成する２相の波形のＣＯＳ値をそれぞれ１及び０とし、その時の図に示すロータの回転パターンに連動して指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接しているとして、この当接後も励磁信号をＳ０、…、Ｓ２８、…、Ｓ２４、…、と印加し続けていくと、ロータは、指針又はストッパ片５の固定ストッパ当接によって矢印方向に回転できないが、安定ステップＳ０から半電気サイクルだけシフトしたＳ１６に到達すると矢印方向とは逆方向に回転し始める。
【００６１】
すなわち、本実施形態は、ロータの回転方向が逆転するステップから半電気サイクル（１８０度）だけシフトしたステップは安定ステップである、逆に言えば、安定ステップから半電気サイクルだけシフトしたステップでロータの回転方向は逆転するという現象を利用して、指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接した際のロータの回転パターンと、この時に印加する励磁信号の安定ステップとの同期を取って、初期設定している。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクルだけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００６３】
なお、ゼロ戻し時のロータの回転方向は本実施形態に示した方向に限定するものではない。コイルＣ１及びＣ２の配極変更、ストッパの位置変更等も可能である。例えば、ゼロ位置検出時のみに出現するストッパにより定められる位置を上記ゼロ位置としてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクル（１電気サイクルを３６０度とした時の１８０度に相当する励磁ステップ数）だけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００６５】
請求項２記載の発明によれば、初期設定手段に含まれるデータ書込手段により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００６６】
請求項３記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００６７】
請求項４記載の発明によれば、複数個のステッパモータを使用する際、きわめて有効になる。すなわち、整列手段により、各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
【００６８】
請求項５記載の発明によれば、ロータはＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成される。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００６９】
請求項６記載の発明によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクルだけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００７０】
請求項７記載の発明によれば、第４工程に含まれるデータ書き込み工程により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００７１】
請求項８記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示する第５工程を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される装置全体を示す概要図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態のデータ処理の過程で生成されるデータの一例を示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態で用いられる励磁信号の波形の一例を示す波形図である。
【図５】本発明の一実施形態で用いられる励磁ステップとロータの回転パターンとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ モータドライバ
２ ロータ
３ 中間ギア
４ 出力ギア
５ 指針又はストッパ片
６ 固定ストッパ
７ 電源
８ イグニッションスイッチ
９ スピードセンサ
１０ Ｅ２ＰＲＯＭ
１１ １次フィルタ
１２ ２次フィルタ
１３ ３次フィルタ
１４ ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル
１５ 出力回路
１６ スピードフィルタ
１７ レジスタ
２０ 初期設定装置
８１、９１ Ｉ／Ｆ
２０１ 制御部
２０２ シフトステップ表示部
２０３ データステップ出力部
２０４ 跳ね返りステップ入力
２０５ 書込データ出力部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法に関し、特に、ステッパモータのロータに連動するストッパ片が固定ストッパに当接するタイミングと、このステッパモータを駆動するための励磁信号中の安定ステップとを同期させるためのステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車速を表示するスピードメータや、エンジン回転数を指示するタコメータ等の車載メータには、応答性や指示精度の要求に応えるため、近年ステッパモータを使用したものが多用されている。しかしながら、ステッパモータを用いて正確に指示を行わせるためには、ステッパモータの回転に連動するストッパ片が固定ストッパに当接するタイミングとそのステッパモータを駆動するための励磁信号の安定ステップとの初期同期をとっておく必要がある。
【０００３】
上述のような初期同期は、通常、車載メータに等の組立工程において行われるが、従来においては、ストッパ片が固定ストッパに当接するように、ストッパ片や同じくロータに連動する指針を押しつけておき、この時のロータの回転パターンに上記安定ステップを同期させることによって行われていた。又は、バックラッシュの量を見込んで上記初期設定を行ったりしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の従来のやり方では、設定のガイドラインとなる指標が明確でなく、モータ装置を構成する指針、ギア、その他の構成部品の材質やギアの遊び等の影響もあり、バラツキが多い上、初期設定時間も長くかかるという問題があった。
【０００５】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、初期設定のための指標を数字により明確に示し、初期設定を確実かつ容易にできるようにし、かつ初期設定時間を短縮できるようにしたステッパモータの初期設定装置及び初期設定方法を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のステッパモータの初期設定装置は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する励磁信号供給手段と、前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する跳ね返りステップ入力手段と、前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出するシフトステップ算出手段と、前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する初期設定手段とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項１記載の発明によれば、励磁信号供給手段は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号をロータを回転させるためのコイルに供給する。跳ね返りステップ入力手段は、ロータの回転方向が、第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する。シフトステップ算出手段は、跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する。初期設定手段は、上記シフトステップ番号をストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。これにより、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１記載の初期設定装置において、前記初期設定手段は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書込手段を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明によれば、初期設定手段に含まれるデータ書込手段により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００１０】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１記載の初期設定装置において、前記シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有することを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００１２】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項３記載の初期設定装置において、前記ステッパモータは、複数個であり、複数のステッパモータに対応して算出された前記シフトステップ番号を、前記記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させる整列手段を更に有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明によれば、本発明は、複数個のステッパモータを使用する際、きわめて有効になる。すなわち、整列手段により、各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
【００１４】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載のステッパモータの初期設定装置は、請求項１〜４いずれか記載のステッパモータの初期設定装置において、前記ロータは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、前記励磁信号は、正弦波形に基づいて生成され、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明によれば、ロータはＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成される。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００１６】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載のステッパモータの初期設定方法は、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する第１工程と、前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を取得する第２工程と、前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する第３工程と、前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する第４工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項６記載の発明によれば、第１工程では、ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号をロータを回転させるためのコイルに供給する。第２工程では、ロータの回転方向が、第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する。第３工程では、跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する。第４工程では、上記シフトステップ番号をストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。これにより、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。
【００１８】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載のステッパモータの初期設定方法は、請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、前記第４工程は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書き込み工程を含むことを特徴とする。
【００１９】
請求項７記載の発明によれば、第４工程に含まれるデータ書き込み工程により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００２０】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載のステッパモータの初期設定方法は、請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、前記シフトステップ番号を表示する第５工程を更に有することを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず、図１を用いて、本発明が適用される装置に関して説明する。図１は、本発明が適用される装置全体を示す概要図である。
【００２３】
図１において、ステッパモータを駆動するモータドライバ１は、駆動コイルＣ１及びＣ２にロータ２を回転駆動するための励磁信号を供給する。この励磁信号は、後述するが、基本的にＳＩＮ及びＣＯＳ波形に基づいて生成された、均等に割り当てられた３２の励磁ステップから構成されるものである。モータドライバ１は、このモータドライバ１の基本機能である後述するフィルタ処理やデータ変換等を行うＣＰＵを含んで構成されるので、以後の説明では、モータドライバ１をドライバＣＰＵ又は単にＣＰＵとして説明することもある。
【００２４】
相互に９０度の角度をもって配設された駆動コイルＣ１及びＣ２に、回転駆動されるロータ２は、ここでは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であるとする。ロータ２は、中間ギア３及び出力ギア４に連結されている。出力ギア４には、指針又はストッパ片５が設けられている。
【００２５】
この指針又はストッパ片５は、固定ストッパ６で定められる点をゼロ点として、励磁信号に応じたロータ２の回転に連動して回転移動し、図示しない所定の目盛りを指示したりする。例えば、増速時には、指針又はストッパ片５は、矢印で示すように時計回りに回転移動し、逆に、減速時又はゼロ戻し時にはこの矢印とは反対方向の半時計回りに回転移動する。
【００２６】
また、モータドライバ１は、Ｉ／Ｆ８１及びＩ／Ｆ９１を介して、それぞれイグニッションスイッチ８（ＩＧＮ８）及びスピードセンサ９に接続されている。モータドライバ１は、ＩＧＮ８のＩＧＮオン又はオフに応答して、上記指針又はストッパ片５を零点に戻すための励磁信号を生成してコイルＣ１及びＣ２に供給する。更に、モータドライバ１は、スピードセンサ９から送出される車速に応じたセンサ出力（スピードパルス）を受け、指針又はストッパ片５を車速に応じた量だけ移動させるための励磁信号を生成して、コイルＣ１及びＣ２に供給する。
【００２７】
更に、モータドライバ１は、車載バッテリから電源７が供給されている。モータドライバ１は、この電源７がオンになったタイミングで、上記指針又はストッパ片５を零点に戻すための励磁信号を生成してコイルＣ１及びＣ２に供給するようにしてもよい。
【００２８】
また更に、モータドライバ１は、Ｅ２ＰＲＯＭ１０が接続されている。このＥ２ＰＲＯＭ１０は、書き換え可能な記憶手段であり、上記指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接するタイミングと後述する励磁信号の安定ステップとの対応関係を示すデータ等を格納する。このＥ２ＰＲＯＭ１０は、後述の初期設定装置等の書込装置により、電気的に格納するデータを書き換えることができる。
【００２９】
更にまた、モータドライバ１は、後述の初期設定装置と接続される接続端子ＤＲＸを有している。この接続端子ＤＲＸを介して、モータドライバ１は、初期設定装置から初期設定用のデータステップからなる励磁信号又は指令信号を受け、コイルＣ１及びＣ２に初期設定用のデータステップからなる励磁信号を供給する。
【００３０】
なお、この例では、モータドライバ１は、スピードメータに対応する１種類のモータ素子又は部品（参照番号Ｃ１、Ｃ２、２、３、４、５及び６）のみ制御するように記載しているが、時分割制御等によってスピードメータの他にタコメータ、燃料計、温度計等も制御できるようにしてもよい。
【００３１】
上記モータドライバ１は、１次フィルタ１１、２次フィルタ１２、３次フィルタ１３、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４、出力回路１５、スピードフィルタ１６、レジスタ１７及びＲＯＭ１８を含んで構成される。このモータドライバ１は、基本的にＣＰＵによって構成され、ステッパモータを駆動する励磁信号を生成する。
【００３２】
上記１次フィルタ１１は、モータの最大回転速度を制御するもので、指針制御信号（又は角度データ）の変化量に応じた所定値を加減算することによって、指針制御信号にフィルタ処理をする。２次フィルタ１２は、１次フィルタ１１のフィルタ処理結果に所定時間毎に加重平均処理をしてデータ変化量を平滑化する。３次フィルタ１３は、２次フィルタ１２のフィルタ処理結果に更に所定時間毎にステッパモータが脱調しないように加重平均処理をして、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４に供給する。
【００３３】
なお、このテーブル１４中に記載されているＳ０、Ｓ４、Ｓ８、Ｓ１２、Ｓ１６、Ｓ２０、Ｓ２４及びＳ２８は、上記励磁信号を構成する３２のステップのうちの４ステップ毎のステップ番号を示すものである。４ステップ毎のステップ間には、更にステップが存在するが、例えば、Ｓ０とＳ４の間には、Ｓ２及びＳ３が存在するが、ここでは説明を簡単にするため省略している。各ステップに対応するロータ２の回転パターンは、図５を用いて後述する。
【００３４】
ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４は、上記３次フィルタ１３からのフィルタ処理結果を受け、マイクロステップの励磁信号に相当するＳＩＮ／ＣＯＳデータを生成する。出力回路１５は、ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル１４からのＳＩＮ／ＣＯＳデータに基づき、ロータ２を回転させるため、コイルＣ１及びＣ２に供給される励磁信号を所定電圧値として出力する。
【００３５】
スピードフィルタ１６は、上述したスピードセンサ９から供給されるスピードパルスをそれに相当する角度データに変換して、上記１次フィルタ１１に出力する。レジスタ１７は、励磁信号生成の過程でＥ２ＰＲＯＭ１０から転送されるモータの安定ポジションデータを一時的に格納するものである。ＲＯＭ１８は、ゼロ戻し処理時に生成する励磁信号の目標角度データ等、ＣＰＵの処理に必要なデータを格納している。
【００３６】
次に図２を用いて、本発明の一実施形態について説明する。図２（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態を示すブロック図である。特に、図２（Ａ）は初期設定装置２０の概要を示すブロック図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の表示部の一例を示すブロック図である。
【００３７】
図２（Ａ）に示すように、初期設定装置２０は、制御部２０１、シフトステップ表示部２０２、データステップ出力部２０３、跳ね返りステップ入力部２０４、及び書き込みデータ出力２０５を含んで構成される。
【００３８】
制御部２０１は、ステッパモータのロータ２に連動する指針又はストッパ片５を固定ストッパ６で定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための３２の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を、モータドライバ１の接続端子ＤＲＸ接続されるデータステップ出力部２０３を介して、モータドライバ１に供給する。このデータステップ出力部２０３は、Ｅ２ＰＲＯＭ１０との接続端子、接続線、インターフェース等を含んで構成される。上述の制御部２０１の機能及びデータステップ出力部２０３は、請求項記載の励磁信号供給手段及び第１工程に相当する。
【００３９】
なお、制御部２０１は、データステップ出力部２０３を介して、上記モータドライバ１に指令信号を送り、上記モータドライバ１に含まれる各フィルタ、テーブル、出力回路を利用して、上述と同様、ステッパモータのロータ２に連動する指針又はストッパ片５を固定ストッパ６で定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための励磁信号を生成させるようにしてもよい。
またなお、図示していないが上記励磁信号又は指令信号の送出指令をするスイッチが制御部２０１に接続されている。
【００４０】
跳ね返りステップ入力部２０４は、請求項記載の跳ね返りステップ入力手段（及び第２工程）に相当し、ロータの回転方向が、ゼロ点に向かう方向（請求項記載の第１の回転方向）から、これとは逆方向に変化した時のステップ番号（跳ね返りステップ番号）を入力するものである。この跳ね返りステップ入力部２０４は、例えば、プッシュスイッチを利用して、ロータに連動する指針の跳ね上がりを目視で確認した時に、スイッチが押下されることによって、このときのステップ番号が上記跳ね返りステップ番号として、上記励磁信号供給手段から取得され、後述の制御部２０１のシフトステップ算出手段に入力されるようにすればよい。
【００４１】
上記制御部２０１は、請求項記載のシフトステップ算出手段（及び第３工程）を有し、この算出手段では、跳ね返りステップ入力手段からの上記跳ね返りステップ番号から１電気サイクルの半分のサイクル（１電気サイクルを３６０度とした時の１８０度に相当する励磁ステップ数）に対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出し、シフトステップ表示部２０２に供給する。このシフト値の根拠は、図５を用いて後述する。
【００４２】
上記制御部２０１のシフトステップ算出手段により算出されたシフトステップ番号を受けて、シフトステップ表示部２０２は、シフトステップ番号を表示する。表示部２０２は、例えば、ＬＥＤを用いて表示され、この表示部２０２の表示例は、図２（Ｂ）に示される。図２（Ｂ）に示す表示例では、モータドライバに、上記データステップを送信させ、上記跳ね返りステップ番号を入力した時、１電気サイクルで１８０度ずれた値（シフトステップ番号）は、励磁ステップ１６であることを示している。このシフトステップ表示部２０２は、請求項記載のシフトステップ表示手段及び第５工程に相当する。
【００４３】
上述のように、シフトステップ番号が表示されるので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００４４】
書き込みデータ出力２０５は、上記シフトステップ算出手段で算出された上記シフトステップ番号に基づくデータを、制御部２０１の制御により、モータドライバ１に接続されたＥ２ＰＲＯＭ１０へのデータ書込をするため、Ｅ２ＰＲＯＭ１０のデータ書込端子に接続される接続端子、接続線、インターフェース等を含んで構成される。また、図示していないが、上記書き込み開始を指令するスイッチが制御部２０１に接続されている。
このＥ２ＰＲＯＭ１０に格納されるデータに基づいてモータドライバ１は、ストッパ片５が固定ストッパ６に当接したタイミングに安定ステップを同期させて、励磁信号をコイルＣ１及びＣ２に印加することになる。上述の制御部２０１の機能及び書き込みデータ出力２０５は、請求項記載の初期設定手段及び第４工程に相当する。
【００４５】
上述のようにモータドライバ１に接続されたＥ２ＰＲＯＭ１０に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００４６】
更に、図３を用いて、上記制御部２０１が行うデータ処理の過程で生成されるデータの一例について説明する。図３（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態のデータ処理の過程で生成されるデータの一例を示す説明図である。
【００４７】
図３（Ａ）において、モータドライバ１に図中のデータステップで示すステップ番号を送った時の、各データステップ番号にそれぞれ対応するシフトシフトステップ番号である表示データを示す。上述したように、１電気サイクルは均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されるので、例えば、データステップ０に対して表示データは１電気サイクルで１８０度ずれた１６となる。同様に、データステップ２８、２４、２０、１６、１２、８及び４には、表示データ１２、８、４、０、２８、２４及び２０が対応する。例えば、組立工程において、指針がデータステップ０で跳ね返った場合、表示データは１６になるので、そのモータの安定ステップは１６になることがわかる。
なお、本例では、上記４ステップ毎にデータを生成するようにしているが、これを２ステップ毎、或いは１ステップ毎等にしてもよい。
【００４８】
上述したように、モータドライバ１はスピードメータ（ＳＰＥＥＤ）の他にタコメータ（ＴＨＣＨＯ）、燃料計（ＴＡＮＫ）、温度計（ＴＥＭＰ）を制御する場合、Ｅ２ＰＲＯＭ１０には、各メータに対応する各安定ステップデータに関するデータが格納されている。Ｅ２ＰＲＯＭ１０にはＳＰＥＥＤ、ＴＨＣＨＯ、ＴＡＮＫ及びＴＥＭＰの順でデータを格納しているものとする。
【００４９】
そこで、上記制御部２０１は、上記各メータ用の複数のステッパモータに対応して算出された上記シフトステップ番号を、Ｅ２ＰＲＯＭ１０における格納順序に対応づけて、図３（Ｂ）に示すように、整列させる。このように各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
なお、ここで示す制御部２０１の機能は、請求項記載の整列手段に相当する。
【００５０】
最後に、図４及び図５を用いて、本実施形態で用いられる励磁信号の波形例及び励磁ステップとロータの回転パターンとの関係、及び上記シフト値の根拠について説明する。
【００５１】
ここで示す例では、ロータは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成されるものと想定する。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００５２】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、図１に示すコイルＣ１、Ｃ２に供給される励磁信号の波形の例を示す。
【００５３】
コイルＣ１、Ｃ２に供給される２相の励磁信号は、相互に９０度の位相差を有する２相の正弦波に基づいている。この図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、１電気サイクル（又は１サイクルと記載）が３２の励磁ステップで構成される２相の励磁信号が上記モータドライバ１から出力され、コイルＣ１、Ｃ２に供給される。コイルＣ１、Ｃ２に、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）のうちのいずれの相の励磁信号が供給されるかは、ロータ２に対するコイルＣ１、Ｃ２の配置、ロータの回転方向等を考慮して決められる。
例えば、増速時には、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示す波形の励磁信号を図中、左から右に進む方向に各コイルに供給し、減速時又はゼロ戻し時にはこれとは逆方向に供給する。
【００５４】
図５は、本発明の一実施形態で用いられる励磁ステップとロータの回転パターンとの関係を示す図である。この図に示す例は、正常なゼロ戻し時（上記ゼロ点に指針又はストッパ片を戻す時）にロータが、図中、矢印で示す方向に徐々に回転するものと想定している。
【００５５】
説明を簡単にするために、上記励磁信号を構成する３２のステップのうちの４ステップ毎のステップ番号に対応するロータの回転パターンのみを示している。この図の四角形で囲まれた参照番号Ｓ０、Ｓ２８、Ｓ２４、Ｓ２０、Ｓ１６、Ｓ１２、Ｓ８、及びＳ４は、４ステップ毎のステップ番号を示す。実際には、励磁信号の１サイクルは、Ｓ０、Ｓ３１、Ｓ３０、Ｓ２９、Ｓ２８、Ｓ２７、Ｓ２６、Ｓ２５、Ｓ２４、Ｓ２３、Ｓ２２、Ｓ２１、Ｓ２０、Ｓ１９、Ｓ１８、Ｓ１７、Ｓ１６、Ｓ１５、Ｓ１４、Ｓ１３、Ｓ１２、Ｓ１１、Ｓ１０、Ｓ９、Ｓ８、Ｓ７、Ｓ６、Ｓ５、Ｓ４、Ｓ３、Ｓ２及びＳ１からなる均等に割り当てられた３２のステップで構成されているので、例えば、Ｓ０とＳ２８との間には、Ｓ３１、Ｓ３０及びＳ２９が存在する。図に示す他のステップ間も同様である。
なお、この例では、ゼロ戻し時を想定しているので、ステップ番号は降べきの順に記載している。
【００５６】
ロータも同様に、この図に示す８つの回転パターンの間に徐々に角度変移する回転パターンが存在し、上記Ｓ０〜Ｓ１の３２のステップにそれぞれ対応する回転パターンを有する。括弧内に示す数字は、上記各ステップに対応したロータの回転角を示す。この例では、ロータの時計回りを正転方向とし、ゼロ戻し時には、図中、矢印で示す半時計回りにロータが回転すると想定しているので、括弧内に示す数字にはマイナス（−）を付す。
【００５７】
正常時には、図に示すＳ０に示すロータの回転パターンに、図１で示したロータに連動する指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接するように設定されている。このようなＳ０が、上述してきた安定ステップに相当する。
【００５８】
ロータを駆動するコイルに印加される励磁信号がＳ０、Ｓ２８、Ｓ２４、…、と移行するに応じて、正常時には、ロータはこの図に示すように４ステップで９度ずつ矢印方向に回転していく。上述したように、実際には、励磁信号の１サイクルは、３２のステップで構成されているので、例えば、Ｓ０とＳ２８との間には、Ｓ３１、Ｓ３０及びＳ２９が存在する。図に示す他のステップ間も同様である。したがって、ロータもこの図に示す回転パターンの間に存在する回転パターンを徐々に取りながら、図に示すような４ステップ毎の回転パターンになる。
【００５９】
ロータが上記のように１０極で、ギアレシオが３６：１の場合、１サイクルで出力ギアが２度回転することになる。１サイクルは、３２の均等なステップで構成されているので、１ステップで出力ギアは、０．０６２５度回転することになる。
【００６０】
ところで、Ｓ０でコイルに印加される励磁信号を構成する２相の波形のＣＯＳ値をそれぞれ１及び０とし、その時の図に示すロータの回転パターンに連動して指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接しているとして、この当接後も励磁信号をＳ０、…、Ｓ２８、…、Ｓ２４、…、と印加し続けていくと、ロータは、指針又はストッパ片５の固定ストッパ当接によって矢印方向に回転できないが、安定ステップＳ０から半電気サイクルだけシフトしたＳ１６に到達すると矢印方向とは逆方向に回転し始める。
【００６１】
すなわち、本実施形態は、ロータの回転方向が逆転するステップから半電気サイクル（１８０度）だけシフトしたステップは安定ステップである、逆に言えば、安定ステップから半電気サイクルだけシフトしたステップでロータの回転方向は逆転するという現象を利用して、指針又はストッパ片５が固定ストッパ６に当接した際のロータの回転パターンと、この時に印加する励磁信号の安定ステップとの同期を取って、初期設定している。
【００６２】
以上説明したように、本実施形態によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクルだけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００６３】
なお、ゼロ戻し時のロータの回転方向は本実施形態に示した方向に限定するものではない。コイルＣ１及びＣ２の配極変更、ストッパの位置変更等も可能である。例えば、ゼロ位置検出時のみに出現するストッパにより定められる位置を上記ゼロ位置としてもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクル（１電気サイクルを３６０度とした時の１８０度に相当する励磁ステップ数）だけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００６５】
請求項２記載の発明によれば、初期設定手段に含まれるデータ書込手段により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００６６】
請求項３記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【００６７】
請求項４記載の発明によれば、複数個のステッパモータを使用する際、きわめて有効になる。すなわち、整列手段により、各ステッパモータに対応したシフトステップ番号を記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させるようにしたので、一度にデータ書き込みができるようになり、複数個のステッパモータを使用する際の初期設定時間、特に書き込み工程に要する時間が大幅に短縮される。
【００６８】
請求項５記載の発明によれば、ロータはＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、励磁信号は、均等に割りあてられた３２の励磁ステップから構成される。このようにすることにより、滑らかにロータ制御ができるようになる。
【００６９】
請求項６記載の発明によれば、跳ね返りステップから１電気サイクルの半分のサイクルだけ、シフトしたステップをストッパ片が固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号をコイルに印加するように初期設定する。跳ね返りステップでは、ステッパモータのロータの回転方向が逆転するので、このステップは検知しやすく、この跳ね返りステップさえ検知すれば、初期設定位置は上記のようにシフトさせるだけでよい。したがって、初期設定のガイドラインとなる指標が明確になり、容易且つ確実に初期設定が行えるようになる。この結果、モータ組立工程において、初期設定時間が大幅に短縮され、高精度の初期設定が可能になる。
【００７０】
請求項７記載の発明によれば、第４工程に含まれるデータ書き込み工程により、モータドライバ回路に接続された記憶手段に、算出したデータを書き込むようにすることにより、更にモータ組立工程における、初期設定時間が短縮されるようになる。
【００７１】
請求項８記載の発明によれば、シフトステップ番号を表示する第５工程を更に有するので、書き込みデータを確認しながら初期設定ができるようになる。したがって、確実に初期設定ができるようになる。また、シフトステップ番号が表示されるので、モータ組立工程における製品品質の確認にも利用できる。例えば、正確な初期設定が終了したかどうかを検査するのにも利用できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される装置全体を示す概要図である。
【図２】図２（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態を示すブロック図である。
【図３】図３（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態のデータ処理の過程で生成されるデータの一例を示す説明図である。
【図４】図４（Ａ）及び（Ｂ）は共に、本発明の一実施形態で用いられる励磁信号の波形の一例を示す波形図である。
【図５】本発明の一実施形態で用いられる励磁ステップとロータの回転パターンとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ モータドライバ
２ ロータ
３ 中間ギア
４ 出力ギア
５ 指針又はストッパ片
６ 固定ストッパ
７ 電源
８ イグニッションスイッチ
９ スピードセンサ
１０ Ｅ２ＰＲＯＭ
１１ １次フィルタ
１２ ２次フィルタ
１３ ３次フィルタ
１４ ＳＩＮ／ＣＯＳテーブル
１５ 出力回路
１６ スピードフィルタ
１７ レジスタ
２０ 初期設定装置
８１、９１ Ｉ／Ｆ
２０１ 制御部
２０２ シフトステップ表示部
２０３ データステップ出力部
２０４ 跳ね返りステップ入力
２０５ 書込データ出力部
Claims (8)
- ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する励磁信号供給手段と、
前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を入力する跳ね返りステップ入力手段と、
前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出するシフトステップ算出手段と、
前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する初期設定手段と、
を有することを特徴とするステッパモータの初期設定装置。 - 請求項１記載のステッパモータの初期設定装置において、
前記初期設定手段は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書込手段
を含むことを特徴とするステッパモータの初期設定装置。 - 請求項１記載のステッパモータの初期設定装置において、
前記シフトステップ番号を表示するシフトステップ表示部
を更に有することを特徴とする初期設定装置。 - 請求項３記載のステッパモータの初期設定装置において、
前記ステッパモータは、複数個であり、
複数のステッパモータに対応して算出された前記シフトステップ番号を、前記記憶手段に割り付けられたデータの保管場所に対応づけて整列させる整列手段
を更に有することを特徴とするステッパモータの初期設定装置。 - 請求項１〜４いずれか記載のステッパモータの初期設定装置において、
前記ロータは、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であり、
前記励磁信号は、正弦波形に基づいて生成され、均等に割りあてられた３２の励磁ステップ
から構成されることを特徴とするステッパモータの初期設定装置。 - ステッパモータのロータに連動するストッパ片を固定ストッパで定められたゼロ点に向かう方向に移動させるための複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される励磁信号を前記ロータを回転させるためのコイルに供給する第１工程と、
前記ロータの回転方向が、前記第１の回転方向から、この第１の回転方向とは逆方向である第２の回転方向に変化した時の前記励磁ステップである跳ね返りステップ番号を取得する第２工程と、
前記跳ね返りステップ番号から前記１電気サイクルの半分のサイクルに対応する励磁ステップ数だけシフトしたシフトステップ番号を算出する第３工程と、
前記シフトステップ番号を前記ストッパ片が前記固定ストッパに当接したタイミングに同期させて、励磁信号を前記コイルに印加するように初期設定する第４工程と、
を有することを特徴とするステッパモータの初期設定方法。 - 請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、
前記第４工程は、前記ステッパモータを駆動させるモータドライバ回路に接続された記憶手段へのデータ書き込み工程を含む
ことを特徴とするステッパモータの初期設定方法。 - 請求項６記載のステッパモータの初期設定方法において、
前記シフトステップ番号を表示する第５工程
を更に有することを特徴とするステッパモータの初期設定方法。
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