JP4509332B2

JP4509332B2 - Stepper motor drive circuit

Info

Publication number: JP4509332B2
Application number: JP2000241281A
Authority: JP
Inventors: 英正梅原; 吉寿山田; 亮芹澤; 和也椿
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2000-08-09
Filing date: 2000-08-09
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2020-08-09
Also published as: JP2002058289A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータ駆動回路に関し、特に、ステッパモータにより位置制御される指針（又はステッパモータに駆動される被駆動部材の一部）がそのゼロ位置を定めたストッパに当接したかどうかを検出するために回転子の回転により発生する誘導電圧を検出し、ストッパが上記ゼロ位置に設定されたかどうかを判定するゼロ位置検出処理（以下ゼロ検という）を効率的に行うことのできるステッパモータ駆動回路に関する。
【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の回転数を表示するタコメータ等の車載メータには、指示精度や価格的な理由で近年ステッパモータが多用されている。しかしながら、ステッパモータを搭載する車両の振動やエンジンノイズ等により発生した誤った駆動信号等により、ステッパモータの回転に連動する指針の本来移動すべき移動量と実際の移動量との間に差異が生じてしまう場合がある。このような場合を想定して、例えば、イグニッションスイッチのオンのタイミングで、指針を上記ストッパで定められるゼロ位置に戻すと共に、このときの指針の位置に同期させて計数機構の初期設定を行うゼロ位置設定処理が行われる。上記処理において、指針がゼロ位置に戻ったかどうか、すなわち、指針がストッパに当接したかどうかを判定するために、回転子の回転により発生する誘導電圧を検出する上記ゼロ検が、従来から行われている。
【０００３】
ところが上記ゼロ検において、部品のバラツキや周囲温度変化によって、ストッパ当接時における回転子のパターンが初期設定時とは変わり、上記ゼロ検が正確に行えない状況が発生することがある。これを図６及び図７を用いて以下に説明する。
【０００４】
図６は、想定される励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形、及び検出タイミング信号の関係を示す図である。図７は、図６の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【０００５】
図６及び図７において、括弧内の数字は回転子の回転角である。長方形の中の数字はステップ番号を示す。回転子はそれぞれ５つのＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対であると想定する。回転子は、相互に軸が略垂直な角度になるようにして配置された１対のコイルＣ１及びＣ２に、図６に示すような励磁信号が印加されて、回転駆動される。このうちコイルＣ２は所定のタイミングで検誘導電圧出素子としても機能する。
なお、ゼロ検時には矢印で示す半時計周りの方向に回転子が回転するものと想定する。
【０００６】
また、回転子を回転させるための励磁信号は、Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号からなり、これらはＨ（ハイレベル）及びＬ（ローレベル）の組み合わせにより構成される。このＨは例えば５ボルトであり、Ｌは０ボルトである。コイルＣ１の両端子ａ及びｂにはそれぞれ図６に示されているようなＣ１ａ信号、及びＣ１ｂ信号が供給される。同様にコイルＣ２の両端子ａ及びｂにはそれぞれＣ２ａ信号及びＣ２ｂ信号が供給される。これら信号が供給された各コイルＣ１及びＣ２は、それらの端子ａ及びｂに供給される上記信号の電位差に応じて電流が流れ、回転子に対抗するコイル端部がＮ極又はＳ極になり、回転子に均等に着磁されたＮ又はＳ極に反発又は吸引されて回転子を回転駆動する。これらの励磁信号は、図示しない所定の波形パターン発生手段で生成され供給される。
【０００７】
図６及び図７に示すように、回転子に連動する指針がストッパで定められたゼロ位置方向に移動するように回転子を回転させるための励磁信号の１サイクルは、複数の励磁ステップ１、７ａ、７ｂ、６、５、４、３及び２で構成されている。励磁ステップ１の励磁信号（Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号からなる）とそれに対応する回転子の回転パターンが同期しており、励磁ステップが１、７ａ、７ｂ、６、５、４、３及び２の順に遷移するにしたがって、回転子は図７に示すように所定の角度ずつ回転していく。各ステップ１、７ａ、７ｂ、６、５、４、３及び２は、均等時間づつ割り当てられているとする。
【０００８】
詳述すると、括弧内の回転角で示されるように、励磁ステップ１から７ａに遷移する際には、回転子はその励磁信号（Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号）によって、回転角０度から１８度に角度変移する。励磁ステップ７ａから７ｂに遷移する際には、励磁信号の波形は変化しないので回転角は１８度のままである。励磁ステップ７ｂから励磁ステップ６に遷移する際には角度変移量は９度となりそのときの回転角は２７度になる。同様に、励磁ステップ６から５、励磁ステップ５から４、励磁ステップ４から３及び励磁ステップ３から２にそれぞれ遷移する際も、角度変移は９度ずつであり、それぞれのステップに対応する回転角は３６度、４５度、５４度、及び６３度となる。なお、励磁ステップ２から次のサイクルの励磁ステップ１に遷移する際の角度変移量も９度である。
【０００９】
このような複数の励磁ステップからなるサイクルが、指針がストッパに当接して回転子が回転できなくなるまで、すなわち、コイルＣ２により検出される誘導電圧が検出ステップ７ａ及び７ｂにおいて、所定の基準電圧を下回るまで原則的に繰り返される。
【００１０】
検出タイミング信号は上記励磁ステップ７ａ及び７ｂのタイミングで、コイルＣ２に発生する誘導電圧を検出するため制御信号である。検出タイミング信号はコイルＣ２の両端ａ及びｂに供給されるＣ２ａ及び信号Ｃ２ｂ信号が共にＬ（ゼロボルト）になる励磁ステップ７で、Ｈになるように設定されている。この検出タイミング信号に応答して、コイルＣ２に発生する誘導電圧は、図示しない所定の誘導検出手段によって検出される。指針がストッパに当接すると、回転子はそれ以上図７に示す方向には回転することができなくなるので、誘導電圧は理論的にはゼロになるはずである。したがって、誘導電圧は上記基準電圧を下回ることになり、ここでゼロ検のための励磁信号の供給は停止され、これを持ってゼロ検終了とすることができる。
【００１１】
なお、同じ信号波形の上記励磁ステップ７ａ及び７ｂが連続的に割り当てられているのは、この前の励磁ステップ１からの角度変位量を他の変位量よりも大きくすることによって、発生する誘導電圧値を大きくし、指針がストッパに当接したかどうかの判断を容易にするためである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記例では、励磁ステップ７ａ及び７ｂにおいて、前の励磁ステップ１からの角度変位量を他の変位量よりも大きくすることによって、発生する誘導電圧値を大きくしゼロ検を容易にしているもの、このタイミングだけで誘導電圧の検出を行っているので、部品のバラツキや周囲温度の変化により、このタイミングで回転子の回転が停止しない場合も発生する。
【００１３】
説明を加えると、通常励磁ステップ７に同期させて、指針がストッパに当接するように初期設定されている。このような場合には、指針がストッパに当接する直前のステップ１では、回転子は自由に回転駆動できるので、検出される誘導電圧のピーク値は、例えば、２８０ｍｖとなる。ところが、ステップ７ａ（又は７ｂ）では、回転子はストッパに当接し（当接初期）、自由に回転駆動できなくなるので、その際の検出される誘導電圧のピーク値は、例えば、１３０ｍｖに低下する。したがって、ストッパ当接基準電圧を１３０ｍｖに設定しておくことにより、検出タイミングであるステップ７で、指針がストッパに当接したと判断でき正確にゼロ検を行うことができる。
【００１４】
しかしながら、部品のバラツキや周囲温度の変化等により（例えば、周囲温度が高温時の、ステッパモータの樹脂製構成部品の軟化や回転子マグネットの特性変化等により）、ストッパ当接時における回転子のパターンが初期設定時とは変わる場合がある。すなわち、ストッパ当接時における回転子のパターンが初期設定時とは変わることにより、本来ストッパ当接するはずである検出ステップ７では、未だストッパ当接しない場合も発生する。そうなると、指針は未だ移動可能であるので、回転子も回転を続けることになり、このステップで検出される誘導電圧は上記ストッパ当接基準電圧を１３０ｍｖを上回る状況も発生する。そうすると、ここでは未だ指針がストッパに当接してないと判断されるため、次のサイクルの検出ステップ７までステップ遷移すべく、ステップ６あるいはステップ５に対応する励磁信号が供給され続ける。この結果、指針はこれらのステップにおいて、ストッパで跳ね返ったり、回転子と励磁信号との正規の同期が崩れて、回転子は正転（ゼロ検とは逆方向）に回転したり、その後更に供給され続けている励磁信号により、再度、逆転したりする動作を繰り返すことになる。この結果、正確なゼロ検ができなくなるという問題が発生する。
【００１５】
特に、多極着磁の回転子を使用したり、複数の多ギアからなるステッパモータの場合には、構成部品が微小であると共に誘導電圧のバラツキや周囲の温度変動の影響を受けやすくなり、ストッパ当接時における回転子の位置関係のパターンが変動しやすいため、確実なゼロ検がより困難になる。
【００１６】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、周囲温度変化や部品のバラツキにより、ストッパ当接時における回転子の位置関係パターンが変動しても、当接／未当接の確実な判定を可能にしたステッパモータ駆動回路を提供することを課題としている。
【００１７】
【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駆動回路は、図２及び図３に示すように、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された回転子３、並びに複数の励磁ステップで１サイクルが構成される励磁信号に応答して前記回転子３を回転させる、相互に所定の角度で配置された第１及び第２コイルＣ１及びＣ２を有するステッパモータと、前記回転子３により駆動される指針がストッパ７で定められるゼロ位置方向に移動するように前記回転子３を回転させる前記励磁信号を生成し、前記第１及び第２コイルＣ１及びＣ２に供給する励磁信号供給手段と、前記回転子３の回転に伴い発生する誘導電圧に基づいて被駆動部材の一部が前記ストッパ７に当接したかどうかを判断する当接判断手段と、前記当接判断手段による判断に基づいて、前記被駆動部材の一部が前記ストッパ７に当接した位置を計数機構に同期させる同期機能を備えたステッパモータ駆動回路であって、前記励磁信号は、前記第１コイルＣ１に供給される第１励磁信号Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ及び前記第２コイルＣ２に供給される第２励磁信号Ｃ２ａ、Ｃ２ｂから構成され、前記第１及び第２励磁信号は、前記被駆動部材の一部が前記ストッパ７に当接するタイミングに同期して、前記１サイクルのうちの一部を構成する、特定の連続する複数のステップに渡って、前記第１及び第２コイルＣ１及びＣ２を誘導電圧検出用のコイルとして機能させるための、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂをそれぞれ含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項１記載の発明によれば、回転子３を回転させる励磁信号は、第１コイルＣ１に供給される第１励磁信号Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ及び第２コイルＣ２に供給される第２励磁信号Ｃ２ａ、Ｃ２ｂから構成される。これら第１及び第２励磁信号は、被駆動部材の一部がストッパ７に当接するタイミングに同期して、１サイクルのうちの特定の連続するステップに渡って、第１及び第２コイルＣ１及びＣ２を誘導電圧検出用のコイルとして機能させるための、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂをそれぞれ含む。そして検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂにおいて検出された誘導電圧に基づいて、被駆動部材の一部がストッパ７に当接したかどうかが判断される。
【００１９】
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駆動回路は、図２及び図３に示すように、請求項１のステッパモータ駆動回路において、前記励磁信号は、前記検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂに他のステップから遷移する際の前記回転子３の回転量が、他のステップ間遷移時の前記回転量よりも、大きくなるような信号波形を含むことを特徴とする。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂに他のステップから遷移する際に回転子３の回転量が大きくなる。よって、それに応じて磁束変化による誘導電圧も増大するので、被駆動部材の一部がストッパ７に当接したかどうかの判断が容易になる。
【００２１】
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駆動回路は、図２及び図３に示すように、請求項１又２いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、前記検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂは、ステップ間遷移時に前記回転子３を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁信号のうちの特定ステップ８及び６がこれに続く次ステップ７及び５に置換されたものであることを特徴とする。
【００２２】
請求項３記載の発明によれば、図４及び図５に示すような、ステップが遷移する毎に回転子３を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁信号のうちの特定励磁ステップ８が次励磁ステップ７に置換された検出ステップ７ａ、７ｂ、また特定励磁ステップ６が次励磁ステップ５に置換された検出ステップ５ａ、５ｂが設けられた図２及び図３に示すような励磁信号が生成される。つまり、特定励磁ステップ８がスキップされ、代わりに励磁ステップ７が連続的に割り当てられ、また特定励磁ステップ６がスキップされ、代わりに励磁ステップ５が連続的に割り当てられることになる。
【００２３】
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駆動回路は、図２及び図３に示すように、請求項３記載のステッパモータ駆動回路において、前記計数機構から供給される計数データに応じて、前記基本励磁信号と同様の信号を、順方向又は逆方向に前記第１及び第２コイルＣ１及びＣ２に供給することにより、前記指針６を前記計数データに応じた量だけ位置制御する指針制御手段を更に含むことを特徴とする。
【００２４】
請求項４記載の発明によれば、指針制御手段が計数機構から供給される計数データに応じて、請求項３記載の基本励磁信号と同様の信号を、順方向又は逆方向に第１及び第２コイルＣ１及びＣ２に供給することにより、指針６を計数データに応じた量だけ位置制御する。
なお、ここでいう順方向とは基本励磁信号を構成する各励磁ステップを１、２、３、４、５、６、７、８の順（ステップ番号昇べき順）に遷移させることを意味し、逆方向とは同じく各励磁ステップを８、７、６、５、４、３、２、１の順（ステップ番号降べき順）に遷移させることを意味するが、これら順方向と逆方向を入れ替えて考えても差し支えない。
【００２５】
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駆動回路は、請求項１〜４いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、前記ステッパモータ駆動回路は車載されることを特徴とする。
【００２６】
請求項５記載の発明によれば、ステッパモータ駆動回路は車載される。すなわち、車両では、各種の雑音や振動等が発生しやすく、上記計数機構による計数値と、ステッパモータの回転子３の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。したがって、本発明のステッパモータ駆動回路をこのような環境下及び条件下において適用することは、非常に有効である。また、上述したように駆動用コイルと誘導電圧検出用コイルの兼用化により、ステッパモータ筐体の小型化が可能になるので、居住スペースが限られた車両に本発明を適用することは、非常に有効になる。
【００２７】
【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。
図１は、本発明のステッパモータ駆動回路及びその適用例を示すブロック図である。
【００２８】
まず、動作概要を説明する。図中、ステッパモータ駆動回路１は、例えば、車速センサのセンサ出力ＰＳに基づいて計数装置２が生成する計数データを計数データ入力端子ＲＸＤを介して受信する。そして、ステッパモータ駆動回路１は、ステッパモータの回転子３を回転駆動するための励磁信号を励磁信号出力端子Ｔｘ１ａ、Ｔｘ１ｂ、Ｔｘ２ａ及びＴｘ２ｂから出力し、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２に供給する。第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２はこの励磁信号に応じてそれぞれの端部ａ及びｂがＮ又はＳ極になり、回転子３に交互に均等に着磁されたＮ極及びＳ極との吸引又は反発作用によって、回転子３を回転駆動する。この回転子３は中間ギア４を介して出力ギア５に機械的に連結され、出力ギア５を回転駆動する。この回転駆動される出力ギア５は、この回転駆動に連動して速度計のメータ８上に割り振られた速度目盛りの所定値を指示する指針６を有している。例えば、増速時には回転子３、ギア４、５及び指針６は図中矢印で示す時計回りの方向に回転移動し、減速時又はゼロ検時にはこれとは逆方向に回転移動する。
【００２９】
通常時には、指針６は、センサ出力ＰＳに対応するメータ８上の所定の速度目盛りを指示する。この指針６は、ストッパ７とで定められ、これ以上指針６が図中矢印と逆方向に移動できない位置をゼロ位置としている。なお、目盛り上の表示原点、すなわち、速度０ｋｍ／ｈ点は上記ゼロ位置よりやや正転方向に移動した点に設けられている。
【００３０】
上述のような通常時の動作に対して、この駆動回路１を搭載する車両の振動やエンジンノイズ等により発生した誤った駆動信号等により、指針６が本来移動すべき移動量と実際の移動量との間に差異が生じてしまう場合がある。このような場合を想定して、例えば、イグニッションスイッチのオンのタイミングで、指針６を指針ゼロ位置に戻すと共にこれに同期させて計数装置２による計数機構を初期設定するゼロ位置設定処理が行われる。
上記指針６がゼロ位置に戻ったかどうか、すなわち、指針６がストッパ７に当接したかどうかを判定するために、回転子３の回転により発生する誘導電圧を検出し上記判定を行う前述のゼロ検が行われる。
【００３１】
なお、本実施形態では、指針６がストッパ７に当接する位置をゼロ位置としているが、指針６の他に、ギア５に片を突設し、この片とストッパ７との当接する位置をゼロ位置としてもよい。要は、回転子３に駆動され、かつストッパ７に当接することで上記のようなゼロ位置を特定できる手段であればよく、上記指針や片に限定されることはない。請求範囲においては、これを被駆動部材の一部と記載している。しかしながら、本実施形態においては、説明を簡略化するために、代表して指針６がストッパ７と当接したことに基づいて、一連のゼロ検処理が行われるものとして説明している。
【００３２】
次にステッパモータ及びステッパモータ駆動回路１の構成に関して説明する。ステッパモータは、基本的に回転子３、第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２から構成される。この第１コイルＣ１の端子ａ及びｂにはそれぞれステッパモータ駆動回路１の出力端子ＴＸ１ａ及びＴＸ１ｂから、回転子３を駆動するための上記励磁信号が供給される。第２コイルＣ２の端子ａ及びｂにはそれぞれステッパモータ駆動回路１の出力端子ＴＸ２ａ及びＴＸ２ｂから、回転子３を駆動するための励磁信号が供給される。
【００３３】
上記第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は共に、回転子３を駆動すると共に後述する所定の励磁ステップ（検出ステップ）のタイミングでは、回転子３の回転に基づき発生する誘導電圧を検出するための誘導電圧検出素子としても機能する。
【００３４】
これら第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２は抵抗及びコンデンサから構成されるフィルタとしてのＲＣ回路３０に接続され、これを介して上記回転に応じた誘導電圧が誘導電圧入力端子ＲＸＩに供給される。この誘導電圧が上記ゼロ検に用いられることになる。ＲＣ回路３０は、実際には第１コイルＣ１及び第２コイルＣ２のそれぞれに対応して２系統設けられているが、ここではそれらをまとめてＲＣ回路３０としている。
【００３５】
ステッパモータ駆動回路１は、シリアルパラレル変換部１１、波形パターン発生部１２、誘導電圧比較部１４、ゼロ検制御部１５及び出力バッファ部１６を有する。
【００３６】
シリアルパラレル変換部１１は計数データ入力端子ＲＸＤを介して計数装置２から送出されてくる上記計数データを受信し、コイルＣ１及びＣ２に供給する励磁信号に対応するパラレルデータに変換して波形パターン発生部１２に供給する。
【００３７】
波形パターン発生部１２は、図示しないフィルタ部、ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部、パルス幅変調（ＰＷＭ）出力部から基本的に構成される。フィルタ部では受信したパラレルデータに対してそれぞれ所定の演算式に基づいてフィルタ処理をする。ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部は、フィルタ部での演算結果を基にＳＩＮ／ＣＯＳの象限データ及びＳＩＮ／ＣＯＳデータを所定時間毎に更新してＰＷＭ出力部に出力する。ＰＷＭ出力部は、ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部からの所定時間毎に更新されるデータをＰＷＭ信号に変換して、コイルＣ１及びＣ２に供給する励磁信号を生成して、励磁信号出力端子ＴＸ１ａ、ＴＸ１ｂ、ＴＸ２ａ、及びＴＸ２ｂに供給する。波形パターン発生部１２はまた、ゼロ検制御部１５からの指令信号に応答して後述する励磁信号（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａ及びＣ１ｂ信号）を生成して、これを出力バッファ部１６を介して、励磁信号出力端子ＴＸ１ａ、ＴＸ１ｂ、ＴＸ２ａ、及びＴＸ２ｂに供給する。波形パターン発生部１２は更にまた、指針の滑らかな動きを見せるための回転子３をマイクロステップで制御する専用の駆動波形も発生し、ゼロ検制御部１５は確実にゼロ検制御を行うためにこの専用の駆動波形を出力するように制御することもできる。
【００３８】
誘導電圧比較部１４は、コンパレータから基本的に構成されており、端子ＲＸＩから供給される誘導電圧を受けて上記指針６がストッパ７に当接したかどうかを検出するための基準となる予め設定された基準電圧値とを比較し、比較結果をゼロ検制御部１５に供給する。この基準電圧は、温度及び経年変化等に応じて、基準電圧設定端子ＲＸＲにより変更可能である。基準電圧設定端子ＲＸＲは、例えば、１組のピンスイッチの組み合わせにより構成される。使用環境や経時変化等を考慮して、上記基準電圧を変更することができる。
【００３９】
ゼロ検制御部１５は、誘導電圧比較部１４からの比較結果及びゼロ検指令信号入力端子ＲＸＺからのゼロ検指令信号に応答して、波形パターン発生部１２に後述する図２に示す励磁信号（Ｃ１ａ、Ｃ１ｂ、Ｃ２ａ及びＣ２ｂ信号）の生成を指令し、生成されたこの励磁信号を出力バッファ部１６を介して出力させると共にゼロ検処理中であることを示すゼロ検モニタ信号を出力する。またゼロ検制御部１５は、計数装置２からのゼロ検指令信号に応答して、シリアルパラレル変換部１１に計数データの格納を停止するように指令を出す。
【００４０】
更にゼロ検制御部１５は、上記励磁信号に同期して所定のタイミングで第１及び第２検出タイミング信号を生成し、それぞれのタイミングで対応する出力バッファ部１６を波形パターン発生部１２から切り離す。これら第１及び第２検出タイミング信号は、誘導電圧比較部１４にも供給される。
【００４１】
なお、計数装置２は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２２によって所定の信号レベルに変換された図示しない速度センサから送出されるセンサ出力ＰＳが入力される。ステッパモータ駆動回路１の端子ＴＸＭからのゼロ検モニタ信号がＨ（アクティブ）の状態で入力してきた上記センサ出力ＰＳに基づいて計数装置２は、この装置の有するソフトウエアプログラムによりセンサ出力ＰＳとそれに対応するステッパモータの目標回転角を算出し、この目標回転角にステッパモータを回転制御するための角度データ（又は計数データと記載）を生成し計数データ出力端子ＴＸＤから出力する。また計数装置２は、イグニッションスイッチ等の電源ＯＮ信号をトリガーとして、ゼロ検指令信号を生成しゼロ検指令信号出力端子ＴＸＺから出力する。
【００４２】
更に計数装置２は、ゼロ検モニタ信号受信端子ＲＸＭを備え、ステッパモータ駆動回路１からゼロ検モニタ信号を受信する。ゼロ検モニタ信号のＬからＨへの変化、すなわち、ゼロ検終了に応答して、計数装置２は上記計数データの計数機構を初期値に設定する。なお、計数装置２はゼロ検モニタ信号がＬの期間では、上記センサ出力ＰＳには応答せず、したがって上記計数データの生成は行わず出力端子ＴＸＤにはデータの送出も行わない。また、本実施形態ではゼロ検指令信号を端子ＴＸＺから入力しているが、これをシリアルデータに付け加えステップモータ駆動回路１内で判断させ生成させることも可能である。
【００４３】
次に図２及び図３を用いて、本実施形態の各励磁ステップ、信号波形、各検出タイミング信号、及び回転子の回転パターンの関係を説明しながら、本実施形態を説明する。
【００４４】
図２は、本実施形態による励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形、並びに第１及び第２検出タイミング信号の関係を示す図である。図３は、図２の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。括弧内の数字は回転子の回転角である。長方形の中の数字はステップ番号を示す。回転子３はそれぞれ５つの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。ゼロ検時には矢印で示す半時計周りの方向に回転子３が回転するものと想定する。そして、励磁ステップ７ａ（又は７ｂ）に同期させて、指針がストッパに当接するように初期設定されているとする。
【００４５】
回転子を回転させるための励磁信号は、Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号からなり、これらはＨ（ハイレベル）及びＬ（ローレベル）の組み合わせにより構成される。このＨは例えば５ボルトであり、Ｌは０ボルトである。コイルＣ１の両端子ａ及びｂにはそれぞれ図２に示されているようなＣ１ａ信号、及びＣ１ｂ信号が供給される。同様にコイルＣ２の両端子ａ及びｂにはそれぞれＣ２ａ信号及びＣ２ｂ信号が供給される。これら信号が供給された各コイルＣ１及びＣ２は、それらの端子ａ及びｂに供給される上記信号の電位差に応じて電流が流れ、回転子に対抗するコイル端部がＮ極又はＳ極になり、回転子に均等に着磁されたＮ又はＳ極に反発又は吸引されて回転子を回転駆動する。これらの励磁信号はゼロ検制御部１５からの指令に応答して、波形パターン発生部１２で生成され、出力バッファ部１６を介して出される。
【００４６】
図２及び図３において、図１で示したように回転子３にギア連結された指針６がストッパ７で定められたゼロ位置方向に移動するように回転子を回転させるための励磁信号の１サイクルは、複数の励磁ステップ１、７ａ、７ｂ、５ａ、５ｂ、４、３及び２で構成されている。
【００４７】
励磁ステップ１の励磁信号（Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号からなる）とそれに対応する図３に示すような回転子の回転パターンが同期しており、励磁ステップが１、７ａ、７ｂ、５ａ、５ｂ、４、３及び２の順に遷移するにしたがって、回転子は図３に示すように所定の角度ずつ回転していく。例えば、各ステップはそれぞれ、３２ｍｓずつ割り当てられている。
【００４８】
詳述すると、括弧内の回転角で示されるように、励磁ステップ１から７ａに遷移する際には、回転子はその励磁信号（Ｃ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、Ｃ２ａ信号及びＣ２ｂ信号）によって、回転角０度から１８度に角度変移する。励磁ステップ７ａから７ｂに遷移する際には、励磁信号の波形は変化しないので回転角は１８度のままである。励磁ステップ７ｂから励磁ステップ５ａに遷移する際には回転角１８度から３６度に角度変移する。励磁ステップ５ａから５ｂに遷移する際には、励磁信号の波形は変化しないので回転角は３６度のままである。
【００４９】
励磁ステップ５ｂから励磁ステップ４に遷移する際には、角度変移量は９度となり、回転角３６度から４５度に角度変移する。同様に、励磁ステップ５から４、励磁ステップ４から３及び励磁ステップ３から２にそれぞれ遷移する際も、角度変移は９度ずつであり、それぞれのステップに対応する回転角は、４５度、５４度、及び６３度となる。なお、励磁ステップ２から次のサイクルの励磁ステップ１に遷移する際の角度変移量も９度である。
【００５０】
このように検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂに他のステップから遷移する際に回転子３の回転量が大きくなるので、それに応じて磁束変化による誘導電圧も増大する。この結果、回転子３が回転している際、すなわち、未だ指針６がストッパ７に当接していない際の誘導電圧が確実に検出できるようになる。もちろん、指針６がストッパ７に当接した際には上記誘導電圧はゼロに近くなるはずなので、指針６がストッパ７に当接している時としてないときの誘導電圧の差が大きくなる。この結果、指針６がストッパ７に当接したかどうかの判断が容易になり、すなわち、ゼロ検が確実にできるようになる。
【００５１】
ゼロ検時には、上述のような複数の励磁ステップからなるサイクルが、指針６がストッパ７に当接して回転子３が回転できなくなるまで、すなわち、コイルＣ１又はコイルＣ２により検出される誘導電圧が、検出ステップ５ａ、５ｂ、７ａ、７ｂにおいて、所定の基準電圧を下回るまで原則的に繰り返される。
【００５２】
第１検出タイミング信号は上記検出ステップ５ａ及び５ｂのタイミングで、コイルＣ１に発生する誘導電圧を検出するため制御信号である。この検出タイミング信号に応答して、図１で示したＲＣ回路３０を介して、検出された誘導電圧が誘導電圧比較部１４に供給される。
【００５３】
また、第２検出タイミング信号は上記検出ステップ７ａ及び７ｂのタイミングで、コイルＣ２に発生する誘導電圧を検出するため制御信号である。この検出タイミング信号に応答して、図１で示したＲＣ回路３０を介して、検出された誘導電圧が誘導電圧比較部１４に供給される。
【００５４】
上記第１及び第２検出タイミング信号がそれぞれＨ（ハイレベル）となる検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂにおいては回転子３を回転させるための駆動電圧は片励磁状態である（後述の図２参照）。すなわち、コイルＣ１及びＣ２が、駆動用及び誘導電圧検出用としてより実用的に兼用化できることになる。これにより検出専用コイルが不要になるので、ステッパモータ筐体の小型化が可能になる。
【００５５】
これらの各検出タイミングで誘導電圧比較部１４に供給された誘導電圧は、指針６がストッパ７に当接したと判定するために予め定められた所定の基準電圧と比較されることになる。すなわち、これらの検出タイミングでは、指針６がストッパ７に当接してない限り、回転子３が回転するので誘導電圧が発生する。指針６がストッパ７に当接すると、回転子はそれ以上図３に示す方向には回転することができないので誘導電圧は発生せず上記基準電圧を下回り、これにより指針のゼロ位置復帰動作が終了したと判断することができる。
【００５６】
上述のように、指針６がストッパ７に当接するタイミングに同期して、１サイクルのうちの特定の連続するステップ７及び５に渡って、第１及び第２コイルＣ１及びＣ２を誘導電圧を検出するためのコイルとして機能させる。このように２つのコイルを用いて、誘導電圧の検出を１サイクルのうちの連続するステップに渡って行えるようにしているので、周囲温度や部品のバラツキにより、ストッパ当接時における回転子のパターンが変動しても、当接時の誘導電圧を検出できる可能性が高くなる。（ステップ７で当接を検出できなくてもステップ５で検出できる可能性がある。）換言すると、使用するモータの内部ストッパ寸法精度が緩和されるともいえる。もちろん、上記２つのコイルＣ１及びＣ２は基本的に駆動用でもあるので、本実施形態により部品点数が増加することもない。
すなわち、本実施形態によると、駆動用コイルＣ１及びＣ２を効果的に誘導電圧検出用コイルとして兼用することによって、部品点数を増加させることなく、確実にストッパ７の当接／未当接の判断ができるようになり、ゼロ検も確実にできるようになる。
【００５７】
また、図１の適用例で示したように、本実施形態のステッパモータ駆動回路は車載用として非常に有用である。すなわち、車両では、各種の雑音や振動等が発生しやすく、計数機構による計数値と、ステッパモータの回転子３の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。したがって、このような環境下及び条件下の車内に、本実施形態のステッパモータ駆動回路を採用することは、非常に有効である。また、上述したように駆動用コイルと誘導電圧検出用コイルの兼用化により、ステッパモータ筐体の小型化が可能になるので、居住スペースが限られた車内に本実施形態のステッパモータ駆動回路を採用することは、非常に有用である。
【００５８】
更に、図４及び図５を用いて本実施形態の効果を追加説明していく。図４は、本実施形態の基本となる励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形を示す図である。図５は、図４の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。これら図４及び図５において示される参照番号等は、前述の図２及び図３で示したものと同様の意味を示す。また、その基本作用も前述の図２及び図３で示したと同様である。
【００５９】
例えば、長方形の中の数字はステップ番号を示し、括弧内の数字は回転子の回転角を示す。回転子はそれぞれ５つの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。回転子を回転させるための励磁信号は、コイルＣ１に対してのＣ１ａ信号、Ｃ１ｂ信号、及びコイルＣ２に対してのＣ２ａ信号及びＣ２ｂ信号から構成される。そして、この励磁信号が供給されたコイルＣ１及びＣ２と回転子のＮ極及びＳ極との吸引／反発作用によって、回転子が回転駆動される。
【００６０】
ここで示す基本となる励磁信号は、回転子を各ステップ間遷移時に同角度づつ、すなわち９度づつ回転させるものである。この励磁信号の１サイクルは、励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２から構成されている。例えば、各励磁ステップはそれぞれ、３２ｍｓずつ割り当てられている。
【００６１】
これら図４及び図５と、前述の実施形態を示す図２及び図３とを比較すればわかるように、上記基本励磁信号の１サイクルを構成するステップのうちの特定励磁ステップ８が次励磁ステップ７に置換された検出ステップ７ａ、７ｂ、また特定励磁ステップ６が次励磁ステップ５に置換された検出ステップ５ａ、５ｂが設けられて、図２及び図３に示すような本実施形態の励磁信号が生成される。つまり、特定励磁ステップ８がスキップされ、代わりに励磁ステップ７が連続的に割り当てられ、また特定励磁ステップ６がスキップされ、代わりに励磁ステップ５が連続的に割り当てられることになる。
【００６２】
したがって、励磁ステップ１から一気にステップ７に遷移するようになり、回転子３もこの間の励磁信号の変化に応じて通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。また、励磁ステップ７から一気にステップ５に遷移するようになり、ここでも通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。
【００６３】
このように、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂ以外では各励磁ステップごとに等角度毎回転することによりスムーズに回転子３の回転運動を維持しつつ、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び検出ステップ５ａ、５ｂによりそれぞれ一気に基本励磁ステップの２倍の角度回転し、更にこれらは連続的発生するので、より大きな誘導電圧をより長時間検出できるようになり、指針６がストッパ７に当接した際の誘導電圧との差がより明確になり、より確実にゼロ検が行えるようになる。
【００６４】
また、この基本励磁信号は、ゼロ検以外の通常時にステッパモータを駆動する励磁信号として用いられる。この際には、各ステップの割当時間は所望の値に設定されることになる。
ゼロ検時以外の通常時には、上記図４で示す各ステップが、計数装置（計数機構）から供給される角度データに応じて、図中、右から左（順方向）又は左から右（逆方向）に遷移して、第１及び第２コイルＣ１及びＣ２に供給されることにより、回転子を時計回り又は半時計回りに回転させ、指針６を角度データに応じた量だけ位置制御することになる。
【００６５】
このように、ゼロ検時及び通常時に利用される回転子の励磁信号は、検出ステップ７ａ、７ｂ、５ａ、５ｂを除き同じになる。したがって、ゼロ検時及び通常時それぞれに対して全く別パターンの信号が用いられることがないので、回転子３の駆動制御が必要以上に複雑化することはない。
【００６６】
なお、上述してきた本実施形態ではステッパモータ駆動回路はひとつのステッパモータのみを駆動しているが、時分割制御することによりタコメータ、燃料計、温度計、ターボメータ等に対応する複数のステッパモータも駆動することもできる。その場合には、各ステッパモータに対応するゼロ検も上述してきた実施形態に示す方式を時分割的に適用すればよい。
【００６７】
また、本実施形態では励磁ステップ１でコイルＣ２が、Ｎ極を引っ張るようにしているが、Ｓ極を引っ張るようにしてもよい。その際には、ストッパ７に当接した際の回転子３の回転パターンや各励磁ステップでの信号波形は本実施形態とは異なるものになる。
【００６８】
更に、本発明はゼロ検時の回転子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。
【００６９】
また更に、励磁信号は８ステップを１サイクルとするタイプに限定するものでなく、例えば、４ステップを１サイクルとするタイプでもよいし、回転子も５磁極対に限定するものでなく、例えば、３磁極対であってもよい。
【００７０】
【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、被駆動部材の一部がストッパ７に当接するタイミングに同期して、１サイクルのうちの特定の連続するステップ７及び５に渡って、第１及び第２コイルＣ１及びＣ２を誘導電圧を検出するためのコイルとして機能させる。このように２つのコイルを用ることにより、誘導電圧の検出を１サイクルのうちの連続するステップに渡って行えるようにしているので、周囲温度や部品のバラツキにより、被駆動部材の一部がストッパ７に当接するタイミングとそのときの回転子３のパターンの関係に変化があっても、誘導電圧を検出できる可能性が高くなる。換言すると、使用するモータの内部ストッパ寸法精度が緩和されるともいえる。もちろん、上記２つのコイルＣ１及びＣ２は基本的に駆動用であるので、本発明により部品点数が増加することはない。すなわち、本発明によると、駆動用コイルＣ１及びＣ２を効果的に誘導電圧検出用コイルとして兼用することによって、部品点数を増加させることなく、確実にストッパ７の当接／未当接の判断ができるようになり、ゼロ検も確実にできるようになる。
【００７１】
請求項２記載の発明によれば、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂに他のステップから遷移する際に回転子３の回転量が大きくなるので、それに応じて磁束変化による誘導電圧も増大する。この結果、回転子３が回転している際、すなわち、未だ被駆動部材の一部ががストッパ７に当接していない際の誘導電圧が確実に検出できるようになる。もちろん、被駆動部材の一部がストッパ７に当接した際には上記誘導電圧はゼロに近くなるはずなので、それが当接している時としてないときの誘導電圧の差が大きくなる。この結果、被駆動部材の一部がストッパ７に当接したかどうかの判断が容易になり、すなわち、ゼロ検が確実にできるようになる。
【００７２】
請求項３記載の発明によれば、励磁ステップ１から一気にステップ７に遷移するようになり、回転子３もこの間の励磁信号の変化に応じて通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。また、励磁ステップ７から一気にステップ５に遷移するようになり、ここでも通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。すなわち、２倍の回転角を有するステップが連続することになるので、より大きな誘導電圧をより長時間検出できるようになる。この結果、被駆動部材の一部がストッパ７に当接した際の誘導電圧との差がより明確になり、より確実にゼロ検が行えるようになる。
また、検出ステップ７ａ、７ｂ、及び５ａ、５ｂ以外では各励磁ステップごとに等角度毎回転するので、スムーズに回転子３の回転運動が維持されつつ、上記の効果が得られることになる。
【００７３】
請求項４記載の発明によれば、ゼロ検時及び通常時に利用される回転子３の励磁信号が検出ステップ７ａ、７ｂ、５ａ、５ｂを除き同じになる。したがって、ゼロ検時及び通常時それぞれに対して全く別パターンの回転子駆動信号が用いられることがないので、回転子３の駆動制御が必要以上に複雑化することがない。
【００７４】
請求項５記載の発明によれば、ステッパモータ駆動回路は車載される。すなわち、車両では、各種の雑音や振動等が発生しやすく、上記計数機構による計数値と、ステッパモータの回転子３の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。したがって、本発明のステッパモータ駆動回路をこのような環境下及び条件下において適用することは、非常に有効である。また、上述したように駆動用コイルと誘導電圧検出用コイルの兼用化により、ステッパモータ筐体の小型化が可能になるので、居住スペースが限られた車両に本発明を適用することは、非常に有効になる。
【００７５】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッパモータ駆動回路及びその適用例を示すブロック図である。
【図２】本実施形態による励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形、並びに第１及び第２検出タイミング信号の関係を示す図である。
【図３】図２の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【図４】基本となる励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形を示す図である。
【図５】図４の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【図６】想定される励磁信号の各励磁ステップにおける信号波形、及び検出タイミング信号の関係を示す図である。
【図７】図６の各励磁ステップ及び回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【符号の説明】
１ステッパモータ駆動回路
２計数装置
３回転子
４中間ギア
５出力ギア
６指針
７ストッパ
８目盛り[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stepper motor drive circuit, and in particular, whether or not a pointer whose position is controlled by a stepper motor (or a part of a driven member driven by a stepper motor) abuts against a stopper that determines its zero position. A stepper motor capable of efficiently performing zero position detection processing (hereinafter referred to as zero detection) for detecting an induced voltage generated by rotation of a rotor for detection and determining whether the stopper is set at the zero position. The present invention relates to a drive circuit.
[0002]
[Prior art]
In-vehicle meters such as a speedometer that displays the vehicle speed and a tachometer that displays the number of revolutions of the engine, stepper motors have been frequently used in recent years for indication accuracy and price reasons. However, there is a difference between the actual movement amount and the actual movement amount of the pointer linked to the rotation of the stepper motor due to an erroneous drive signal generated due to vibration of the vehicle equipped with the stepper motor or engine noise. May occur. Assuming such a case, for example, at the timing when the ignition switch is turned on, the pointer is returned to the zero position determined by the stopper, and at the same time, the counting mechanism is initialized in synchronization with the pointer position. A position setting process is performed. In the above processing, in order to determine whether or not the pointer has returned to the zero position, that is, whether or not the pointer has come into contact with the stopper, the zero detection for detecting the induced voltage generated by the rotation of the rotor has been conventionally performed. It has been broken.
[0003]
However, in the zero detection, the rotor pattern at the time of stopper contact may differ from the initial setting due to variations in parts and ambient temperature, and a situation may occur in which the zero detection cannot be performed accurately. This will be described below with reference to FIGS.
[0004]
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the signal waveform and the detection timing signal in each excitation step of the assumed excitation signal. FIG. 7 is a diagram illustrating the relationship between each excitation step and the rotation pattern of the rotor of FIG.
[0005]
6 and 7, the number in parentheses is the rotation angle of the rotor. The number in the rectangle indicates the step number. The rotor is assumed to be a 5-pole pair in which 5 N poles and S poles are alternately and evenly magnetized. The rotor is rotationally driven by applying an excitation signal as shown in FIG. 6 to a pair of coils C1 and C2 arranged so that the axes thereof are at an angle substantially perpendicular to each other. Of these, the coil C2 also functions as an inspection voltage output element at a predetermined timing.
It is assumed that the rotor rotates in the counterclockwise direction indicated by the arrow during zero detection.
[0006]
The excitation signal for rotating the rotor is composed of a C1a signal, a C1b signal, a C2a signal, and a C2b signal, and these are constituted by a combination of H (high level) and L (low level). This H is 5 volts, for example, and L is 0 volts. A C1a signal and a C1b signal as shown in FIG. 6 are supplied to both terminals a and b of the coil C1, respectively. Similarly, the C2a signal and the C2b signal are supplied to both terminals a and b of the coil C2, respectively. In each of the coils C1 and C2 supplied with these signals, a current flows in accordance with the potential difference between the signals supplied to the terminals a and b, and the coil end against the rotor becomes the N pole or the S pole. The rotor is rotated by being repelled or attracted by the N or S poles evenly magnetized by the rotor. These excitation signals are generated and supplied by a predetermined waveform pattern generating means (not shown).
[0007]
As shown in FIGS. 6 and 7, one cycle of the excitation signal for rotating the rotor so that the pointer interlocked with the rotor moves in the zero position direction determined by the stopper includes a plurality of excitation steps 1, 7a, 7b, 6, 5, 4, 3 and 2. The excitation signal of the excitation step 1 (consisting of C1a signal, C1b signal, C2a signal and C2b signal) and the rotation pattern of the corresponding rotor are synchronized, and the excitation step is 1, 7a, 7b, 6, 5, 4 As the transition proceeds in the order of 3 and 2, the rotor rotates by a predetermined angle as shown in FIG. Each step 1, 7a, 7b, 6, 5, 4, 3 and 2 is assumed to be assigned at equal time intervals.
[0008]
More specifically, as indicated by the rotation angle in parentheses, when the transition from the excitation step 1 to 7a occurs, the rotor is rotated according to the excitation signal (C1a signal, C1b signal, C2a signal, and C2b signal). The angle changes from 0 degrees to 18 degrees. At the time of transition from the excitation step 7a to 7b, the waveform of the excitation signal does not change, so the rotation angle remains 18 degrees. When transitioning from the excitation step 7b to the excitation step 6, the angle shift amount is 9 degrees, and the rotation angle at that time is 27 degrees. Similarly, when transitioning from excitation steps 6 to 5, excitation steps 5 to 4, excitation steps 4 to 3 and excitation steps 3 to 2, the angle shift is 9 degrees, and the rotation angle corresponding to each step. Are 36 degrees, 45 degrees, 54 degrees, and 63 degrees. In addition, the angle shift amount at the time of transition from the excitation step 2 to the excitation step 1 of the next cycle is 9 degrees.
[0009]
Such a cycle consisting of a plurality of excitation steps continues until the pointer abuts against the stopper and the rotor cannot rotate, that is, the induced voltage detected by the coil C2 is set at a predetermined reference voltage in the detection steps 7a and 7b. It is repeated in principle until it falls below.
[0010]
The detection timing signal is a control signal for detecting the induced voltage generated in the coil C2 at the timing of the excitation steps 7a and 7b. The detection timing signal is set to H in the excitation step 7 in which both C2a and signal C2b supplied to both ends a and b of the coil C2 become L (zero volt). In response to this detection timing signal, the induced voltage generated in the coil C2 is detected by a predetermined induction detecting means (not shown). When the pointer abuts against the stopper, the rotor can no longer rotate in the direction shown in FIG. 7, so the induced voltage should theoretically be zero. Therefore, the induced voltage is lower than the reference voltage, and the supply of the excitation signal for zero detection is stopped here, and the zero detection can be terminated with this.
[0011]
The excitation steps 7a and 7b having the same signal waveform are continuously assigned because the induced voltage generated by making the angular displacement amount from the previous excitation step 1 larger than the other displacement amounts. This is because the value is increased to facilitate the determination of whether or not the pointer is in contact with the stopper.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above example, in the excitation steps 7a and 7b, the amount of angular displacement from the previous excitation step 1 is made larger than the other displacement amounts, thereby increasing the generated induced voltage value and facilitating zero detection. However, since the induction voltage is detected only at this timing, the rotation of the rotor may not stop at this timing due to variations in parts and changes in ambient temperature.
[0013]
In other words, the initial setting is such that the pointer contacts the stopper in synchronization with the normal excitation step 7. In such a case, in Step 1 immediately before the pointer comes into contact with the stopper, the rotor can be freely driven to rotate, so that the detected induced voltage has a peak value of, for example, 280 mv. However, in step 7a (or 7b), the rotor comes into contact with the stopper (at the beginning of contact) and cannot be freely driven to rotate, so the peak value of the induced voltage detected at that time decreases to, for example, 130 mv. . Therefore, by setting the stopper contact reference voltage to 130 mv, it can be determined that the pointer has contacted the stopper in step 7 which is the detection timing, and zero detection can be performed accurately.
[0014]
However, due to variations in parts, changes in ambient temperature, etc. (for example, due to softening of resin component parts of the stepper motor and changes in the characteristics of the rotor magnet when the ambient temperature is high), The pattern may change from the initial setting. That is, since the rotor pattern at the time of stopper contact is different from that at the time of initial setting, there may be a case where the stopper is not yet contacted at the detection step 7 which should be stopper contact. Then, since the pointer is still movable, the rotor continues to rotate, and the induced voltage detected in this step may exceed the stopper contact reference voltage by 130 mv. Then, since it is determined here that the pointer has not yet contacted the stopper, the excitation signal corresponding to step 6 or step 5 is continuously supplied so as to make a step transition to detection step 7 of the next cycle. As a result, the pointer rebounds at the stopper in these steps, the normal synchronization between the rotor and the excitation signal is lost, and the rotor rotates in the forward direction (the direction opposite to zero detection), and then further supplied. By the excitation signal that has been continuously performed, the reverse rotation operation is repeated again. As a result, there arises a problem that accurate zero detection cannot be performed.
[0015]
In particular, when using a multi-pole magnetized rotor or a stepper motor consisting of multiple multi-gears, the components are very small and are susceptible to variations in induced voltage and ambient temperature fluctuations. Since the pattern of the positional relationship of the rotor at the time of stopper contact tends to fluctuate, reliable zero detection becomes more difficult.
[0016]
Therefore, in view of the above-mentioned present situation, the present invention enables reliable determination of contact / non-contact even if the positional relationship pattern of the rotor at the time of stopper contact varies due to changes in ambient temperature and component variations. An object of the present invention is to provide a stepper motor driving circuit.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The stepper motor drive circuit according to claim 1, which has been made to solve the above problems, includes a rotor 3 in which N and S poles are alternately and equally magnetized, and a plurality of them, as shown in FIGS. 2 and 3. A stepper motor having first and second coils C1 and C2 disposed at a predetermined angle to rotate the rotor 3 in response to an excitation signal comprising one cycle in the excitation step; The excitation signal for rotating the rotor 3 so that the pointer driven by the child 3 moves in the zero position direction determined by the stopper 7 is generated and supplied to the first and second coils C1 and C2. Based on the supply voltage and the induced voltage generated with the rotation of the rotor 3 Driven member A contact determination means for determining whether or not a part of the driven member is in contact with the stopper 7, and a position at which a part of the driven member is in contact with the stopper 7 based on the determination by the contact determination means. A stepper motor drive circuit having a synchronization function for synchronizing with a counting mechanism, wherein the excitation signal is supplied to first excitation signals C1a and C1b supplied to the first coil C1 and to the second coil C2. 2 excitation signals C2a and C2b, and the first and second excitation signals are synchronized with the timing at which a part of the driven member comes into contact with the stopper 7 in one cycle. Part of the Specific consecutive plural The steps include detection steps 7a, 7b and 5a, 5b for causing the first and second coils C1 and C2 to function as induction voltage detection coils, respectively.
[0018]
According to the first aspect of the present invention, the excitation signals for rotating the rotor 3 are the first excitation signals C1a and C1b supplied to the first coil C1 and the second excitation signal C2a supplied to the second coil C2. It is composed of C2b. These first and second excitation signals are synchronized with the timing at which a part of the driven member comes into contact with the stopper 7 over the first and second coils C1 and C1 over a specific continuous step in one cycle. Detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b for causing C2 to function as an induction voltage detection coil are included. Then, based on the induced voltage detected in the detection steps 7a, 7b and 5a, 5b, it is determined whether or not a part of the driven member has come into contact with the stopper 7.
[0019]
The stepper motor drive circuit according to claim 2, which has been made to solve the above-mentioned problems, is the stepper motor drive circuit according to claim 1, as shown in FIGS. 2 and 3. The rotation amount of the rotor 3 when transitioning from another step to 7b, 5a, and 5b includes a signal waveform that is larger than the rotation amount during transition between other steps. .
[0020]
According to the second aspect of the present invention, the amount of rotation of the rotor 3 increases when the detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b are shifted from other steps. Accordingly, the induced voltage due to the change in magnetic flux increases accordingly, and it becomes easy to determine whether or not a part of the driven member is in contact with the stopper 7.
[0021]
The stepper motor drive circuit according to claim 3, which has been made in order to solve the above-mentioned problem, is the stepper motor drive circuit according to claim 1 or 2, as shown in FIGS. 2 and 3. 7b, 5a, and 5b are basic cycles in which a plurality of basic excitation steps 1, 8, 7, 6, 5, 4, 3 and 2 for rotating the rotor 3 by equal angles at the time of transition between steps constitute one cycle. It is characterized in that specific steps 8 and 6 of the excitation signal are replaced with subsequent steps 7 and 5 following this.
[0022]
According to the invention described in claim 3, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality of basic excitation steps 1, 8, 7, 6, 5, Detection steps 7a and 7b in which the specific excitation step 8 of the basic excitation signals comprising one cycle of 4, 3, and 2 is replaced with the next excitation step 7, and the specific excitation step 6 is replaced with the next excitation step 5. The excitation signals as shown in FIGS. 2 and 3 provided with the detection steps 5a and 5b are generated. That is, the specific excitation step 8 is skipped, the excitation step 7 is continuously assigned instead, the specific excitation step 6 is skipped, and the excitation step 5 is continuously assigned instead.
[0023]
The stepper motor drive circuit according to claim 4, which has been made in order to solve the above-mentioned problems, includes the counting data supplied from the counting mechanism in the stepper motor drive circuit according to claim 3, as shown in FIGS. 2 and 3. Accordingly, by supplying a signal similar to the basic excitation signal to the first and second coils C1 and C2 in the forward direction or the reverse direction, the position of the pointer 6 is controlled by an amount corresponding to the count data. And a pointer control means.
[0024]
According to the invention described in claim 4, according to the counting data supplied from the counting mechanism by the pointer control means, the same signal as the basic excitation signal described in claim 3 is applied in the forward and reverse directions in the first and first directions. By supplying the two coils C1 and C2, the position of the pointer 6 is controlled by an amount corresponding to the count data.
Here, the forward direction means that the excitation steps constituting the basic excitation signal are changed in the order of 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 (in order of increasing step numbers). The reverse direction means that each excitation step is shifted in the order of 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1 (in order of descending step numbers). There is no problem even if you replace them.
[0025]
The stepper motor drive circuit according to claim 5, which has been made to solve the above-mentioned problems, is characterized in that in the stepper motor drive circuit according to claim 1, the stepper motor drive circuit is mounted on a vehicle.
[0026]
According to the invention described in claim 5, the stepper motor drive circuit is mounted on the vehicle. That is, in the vehicle, various noises, vibrations, and the like are likely to be generated, and there is an environment in which the count value obtained by the counting mechanism and the positional relationship of the rotor 3 of the stepper motor may be out of synchronization. Therefore, it is very effective to apply the stepper motor drive circuit of the present invention under such an environment and conditions. Further, as described above, the use of the drive coil and the induction voltage detection coil enables the stepper motor casing to be miniaturized. Therefore, applying the present invention to a vehicle with limited living space is extremely Becomes effective.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a stepper motor drive circuit of the present invention and an application example thereof.
[0028]
First, an outline of the operation will be described. In the figure, the stepper motor drive circuit 1 receives, for example, the count data generated by the counting device 2 based on the sensor output PS of the vehicle speed sensor via the count data input terminal RXD. Then, the stepper motor drive circuit 1 outputs an excitation signal for rotationally driving the rotor 3 of the stepper motor from the excitation signal output terminals Tx1a, Tx1b, Tx2a, and Tx2b, and supplies them to the first coil C1 and the second coil C2. To do. In response to this excitation signal, the first coil C1 and the second coil C2 have N or S poles at their respective ends a and b, and the N and S poles alternately and evenly magnetized on the rotor 3 The rotor 3 is driven to rotate by suction or repulsion. The rotor 3 is mechanically connected to the output gear 5 via the intermediate gear 4 and rotationally drives the output gear 5. The output gear 5 that is rotationally driven has a pointer 6 that indicates a predetermined value of a speed scale allocated on the meter 8 of the speedometer in conjunction with the rotational drive. For example, the rotor 3, the gears 4, 5 and the pointer 6 rotate in the clockwise direction indicated by the arrows in the figure at the time of speed increase, and rotate in the opposite direction at the time of deceleration or zero detection.
[0029]
At normal times, the pointer 6 indicates a predetermined speed scale on the meter 8 corresponding to the sensor output PS. The pointer 6 is determined by the stopper 7 and a position where the pointer 6 cannot move further in the direction opposite to the arrow in the drawing is set as a zero position. Note that the display origin on the scale, that is, the speed 0 km / h point is provided at a point moved slightly in the forward rotation direction from the zero position.
[0030]
With respect to the normal operation as described above, the movement amount that the pointer 6 should originally move and the actual movement amount due to an erroneous drive signal or the like generated due to vibration of the vehicle on which the drive circuit 1 is mounted, engine noise, or the like. There may be a difference between Assuming such a case, for example, when the ignition switch is turned on, the pointer 6 is returned to the pointer zero position, and at the same time, a zero position setting process for initializing the counting mechanism by the counting device 2 is performed. .
In order to determine whether or not the pointer 6 has returned to the zero position, that is, whether or not the pointer 6 has come into contact with the stopper 7, the above-described zero that detects the induced voltage generated by the rotation of the rotor 3 and performs the above determination. Inspection is performed.
[0031]
In this embodiment, the position where the pointer 6 contacts the stopper 7 is set to the zero position. However, in addition to the pointer 6, a piece is protruded from the gear 5, and the position where the piece and the stopper 7 contact is set to zero. It is good also as a position. In short, any means can be used as long as it is driven by the rotor 3 and can identify the zero position by contacting the stopper 7 and is not limited to the pointer or the piece. In the claims, this is described as a part of the driven member. However, in the present embodiment, in order to simplify the description, it is described that a series of zero detection processing is performed based on the fact that the pointer 6 is in contact with the stopper 7 as a representative.
[0032]
Next, the configuration of the stepper motor and the stepper motor drive circuit 1 will be described. The stepper motor basically includes a rotor 3, a first coil C1, and a second coil C2. The excitation signals for driving the rotor 3 are supplied to the terminals a and b of the first coil C1 from the output terminals TX1a and TX1b of the stepper motor drive circuit 1, respectively. Excitation signals for driving the rotor 3 are supplied to the terminals a and b of the second coil C2 from the output terminals TX2a and TX2b of the stepper motor drive circuit 1, respectively.
[0033]
The first coil C1 and the second coil C2 both drive the rotor 3 and detect an induced voltage generated based on the rotation of the rotor 3 at the timing of a predetermined excitation step (detection step) described later. It also functions as an induced voltage detection element.
[0034]
The first coil C1 and the second coil C2 are connected to an RC circuit 30 as a filter composed of a resistor and a capacitor, and an induced voltage corresponding to the rotation is supplied to the induced voltage input terminal RXI via this. This induced voltage is used for the zero detection. The RC circuit 30 is actually provided in two systems corresponding to each of the first coil C1 and the second coil C2, but here they are collectively referred to as the RC circuit 30.
[0035]
The stepper motor drive circuit 1 includes a serial / parallel conversion unit 11, a waveform pattern generation unit 12, an induced voltage comparison unit 14, a zero detection control unit 15, and an output buffer unit 16.
[0036]
The serial / parallel converter 11 receives the count data sent from the counting device 2 via the count data input terminal RXD, converts it into parallel data corresponding to the excitation signals supplied to the coils C1 and C2, and generates a waveform pattern. To the unit 12.
[0037]
The waveform pattern generation unit 12 basically includes a filter unit (not shown), a SIN / COS conversion unit, and a pulse width modulation (PWM) output unit. The filter unit performs a filtering process on the received parallel data based on a predetermined arithmetic expression. The SIN / COS conversion unit updates the SIN / COS quadrant data and the SIN / COS data every predetermined time based on the calculation result in the filter unit and outputs the updated data to the PWM output unit. The PWM output unit converts data updated every predetermined time from the SIN / COS conversion unit into a PWM signal, generates excitation signals to be supplied to the coils C1 and C2, and generates excitation signal output terminals TX1a, TX1b, This is supplied to TX2a and TX2b. The waveform pattern generation unit 12 also generates excitation signals (C1a, C1b, C2a, and C1b signals), which will be described later, in response to a command signal from the zero detection control unit 15, and outputs the excitation signals via the output buffer unit 16. The excitation signal output terminals TX1a, TX1b, TX2a, and TX2b are supplied. The waveform pattern generation unit 12 also generates a dedicated drive waveform for controlling the rotor 3 in microsteps so that the pointer moves smoothly, so that the zero detection control unit 15 can reliably perform zero detection control. It is also possible to control to output this dedicated drive waveform.
[0038]
The induced voltage comparison unit 14 is basically composed of a comparator, and is set in advance as a reference for detecting whether or not the pointer 6 is in contact with the stopper 7 by receiving the induced voltage supplied from the terminal RXI. The compared reference voltage value is compared, and the comparison result is supplied to the zero detection control unit 15. This reference voltage can be changed by a reference voltage setting terminal RXR according to temperature, aging, and the like. The reference voltage setting terminal RXR is configured by a combination of one set of pin switches, for example. The reference voltage can be changed in consideration of the usage environment and changes over time.
[0039]
In response to the comparison result from the induced voltage comparison unit 14 and the zero detection command signal from the zero detection command signal input terminal RXZ, the zero detection control unit 15 sends an excitation signal (shown in FIG. C1a, C1b, C2a and C2b signals) are generated, the generated excitation signal is output via the output buffer unit 16, and a zero detection monitor signal indicating that zero detection processing is in progress is output. In response to the zero detection command signal from the counting device 2, the zero detection control unit 15 instructs the serial / parallel conversion unit 11 to stop storing the count data.
[0040]
Further, the zero detection control unit 15 generates first and second detection timing signals at a predetermined timing in synchronization with the excitation signal, and disconnects the corresponding output buffer unit 16 from the waveform pattern generation unit 12 at each timing. These first and second detection timing signals are also supplied to the induced voltage comparison unit 14.
[0041]
The counting device 2 receives a sensor output PS sent from a speed sensor (not shown) converted to a predetermined signal level by an interface (I / F) 22. On the basis of the sensor output PS input when the zero detection monitor signal from the terminal TXM of the stepper motor drive circuit 1 is in the H (active) state, the counting device 2 determines the sensor output PS and the sensor output PS according to the software program of the device. A target rotation angle of the corresponding stepper motor is calculated, angle data (or described as count data) for controlling the rotation of the stepper motor at this target rotation angle is generated and output from the count data output terminal TXD. Further, the counting device 2 generates a zero detection command signal using a power ON signal such as an ignition switch as a trigger, and outputs it from the zero detection command signal output terminal TXZ.
[0042]
Further, the counting device 2 includes a zero detection monitor signal receiving terminal RXM, and receives a zero detection monitor signal from the stepper motor drive circuit 1. In response to the change of the zero detection monitor signal from L to H, that is, in response to the end of zero detection, the counting device 2 sets the counting mechanism of the count data to an initial value. Note that the counting device 2 does not respond to the sensor output PS during the period in which the zero detection monitor signal is L, and therefore does not generate the counting data and does not send data to the output terminal TXD. In the present embodiment, the zero detection command signal is input from the terminal TXZ. However, it is also possible to add this to the serial data and determine and generate it in the step motor drive circuit 1.
[0043]
Next, the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2 and 3 while explaining the relationship between each excitation step, signal waveform, each detection timing signal, and the rotation pattern of the rotor of the present embodiment.
[0044]
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the signal waveform at each excitation step of the excitation signal and the first and second detection timing signals according to the present embodiment. FIG. 3 is a diagram illustrating the relationship between each excitation step and the rotation pattern of the rotor of FIG. The number in parentheses is the rotation angle of the rotor. The number in the rectangle indicates the step number. The rotor 3 is a 5-pole pair in which 5 N poles and S poles are alternately and evenly magnetized. It is assumed that the rotor 3 rotates in a counterclockwise direction indicated by an arrow during zero detection. It is assumed that the pointer is initially set so as to abut the stopper in synchronization with the excitation step 7a (or 7b).
[0045]
The excitation signal for rotating the rotor includes a C1a signal, a C1b signal, a C2a signal, and a C2b signal, and these are configured by a combination of H (high level) and L (low level). This H is 5 volts, for example, and L is 0 volts. A C1a signal and a C1b signal as shown in FIG. 2 are supplied to both terminals a and b of the coil C1, respectively. Similarly, the C2a signal and the C2b signal are supplied to both terminals a and b of the coil C2, respectively. In each of the coils C1 and C2 supplied with these signals, a current flows in accordance with the potential difference between the signals supplied to the terminals a and b, and the coil end against the rotor becomes the N pole or the S pole. The rotor is rotated by being repelled or attracted by the N or S poles evenly magnetized by the rotor. These excitation signals are generated by the waveform pattern generation unit 12 in response to a command from the zero detection control unit 15 and output via the output buffer unit 16.
[0046]
2 and 3, the excitation signal 1 for rotating the rotor so that the pointer 6 geared to the rotor 3 moves in the zero position direction determined by the stopper 7 as shown in FIG. The cycle is composed of a plurality of excitation steps 1, 7a, 7b, 5a, 5b, 4, 3 and 2.
[0047]
The excitation signal of the excitation step 1 (consisting of C1a signal, C1b signal, C2a signal and C2b signal) and the corresponding rotor rotation pattern as shown in FIG. 3 are synchronized, and the excitation steps are 1, 7a, 7b. As the transition proceeds in the order of 5a, 5b, 4, 3 and 2, the rotor rotates by a predetermined angle as shown in FIG. For example, each step is assigned by 32 ms.
[0048]
More specifically, as indicated by the rotation angle in parentheses, when the transition from the excitation step 1 to 7a occurs, the rotor is rotated according to the excitation signal (C1a signal, C1b signal, C2a signal, and C2b signal). The angle changes from 0 degrees to 18 degrees. At the time of transition from the excitation step 7a to 7b, the waveform of the excitation signal does not change, so the rotation angle remains 18 degrees. When transitioning from the excitation step 7b to the excitation step 5a, the angle is changed from 18 degrees to 36 degrees. At the transition from the excitation step 5a to 5b, the waveform of the excitation signal does not change, so the rotation angle remains 36 degrees.
[0049]
When transitioning from the excitation step 5b to the excitation step 4, the angle shift amount is 9 degrees, and the angle shifts from a rotation angle of 36 degrees to 45 degrees. Similarly, when transitioning from excitation step 5 to 4, excitation step 4 to 3 and excitation step 3 to 2, respectively, the angle shift is 9 degrees, and the rotation angle corresponding to each step is 45 degrees, 54 And 63 degrees. In addition, the angle shift amount at the time of transition from the excitation step 2 to the excitation step 1 of the next cycle is 9 degrees.
[0050]
As described above, when the detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b transition from other steps, the amount of rotation of the rotor 3 increases, and accordingly, the induced voltage due to the change in magnetic flux also increases. As a result, it is possible to reliably detect the induced voltage when the rotor 3 is rotating, that is, when the pointer 6 is not yet in contact with the stopper 7. Of course, when the pointer 6 is in contact with the stopper 7, the induced voltage should be close to zero, so that the difference in induced voltage when the pointer 6 is not in contact with the stopper 7 is large. As a result, it becomes easy to determine whether or not the pointer 6 has come into contact with the stopper 7, that is, zero detection can be performed reliably.
[0051]
During zero detection, a cycle consisting of a plurality of excitation steps as described above continues until the pointer 6 comes into contact with the stopper 7 and the rotor 3 cannot rotate, that is, the induced voltage detected by the coil C1 or the coil C2 is In the detection steps 5a, 5b, 7a, 7b, the operation is repeated in principle until a predetermined reference voltage is lowered.
[0052]
The first detection timing signal is a control signal for detecting the induced voltage generated in the coil C1 at the timing of the detection steps 5a and 5b. In response to this detection timing signal, the detected induced voltage is supplied to the induced voltage comparison unit 14 via the RC circuit 30 shown in FIG.
[0053]
The second detection timing signal is a control signal for detecting the induced voltage generated in the coil C2 at the timing of the detection steps 7a and 7b. In response to this detection timing signal, the detected induced voltage is supplied to the induced voltage comparison unit 14 via the RC circuit 30 shown in FIG.
[0054]
In the detection steps 7a, 7b, 5a, and 5b in which the first and second detection timing signals are respectively set to H (high level), the drive voltage for rotating the rotor 3 is in a single excitation state (described later). 2). That is, the coils C1 and C2 can be used more practically for driving and for detecting the induced voltage. This eliminates the need for a detection-dedicated coil, which allows the stepper motor housing to be downsized.
[0055]
The induced voltage supplied to the induced voltage comparison unit 14 at each of these detection timings is compared with a predetermined reference voltage that is predetermined in order to determine that the pointer 6 has come into contact with the stopper 7. That is, at these detection timings, unless the pointer 6 is in contact with the stopper 7, the rotor 3 rotates and an induced voltage is generated. When the pointer 6 comes into contact with the stopper 7, the rotor cannot further rotate in the direction shown in FIG. 3, so that an induced voltage is not generated and falls below the reference voltage, thereby completing the zero position return operation of the pointer. Can be determined.
[0056]
As described above, inductive voltage is detected by the first and second coils C1 and C2 over specific consecutive steps 7 and 5 in one cycle in synchronization with the timing when the pointer 6 contacts the stopper 7. To function as a coil for In this way, the detection of the induced voltage can be performed over successive steps of one cycle using two coils, so the rotor pattern at the time of stopper contact due to variations in ambient temperature and parts. Even if fluctuates, the possibility of detecting the induced voltage at the time of contact increases. (If the contact cannot be detected in step 7, there is a possibility that it can be detected in step 5.) In other words, it can be said that the internal stopper dimensional accuracy of the motor used is relaxed. Of course, since the two coils C1 and C2 are basically used for driving, the number of parts is not increased by this embodiment.
That is, according to the present embodiment, by effectively using the driving coils C1 and C2 as induction voltage detecting coils, it is possible to reliably determine whether the stopper 7 is in contact or not without increasing the number of parts. Will be able to perform zero-check.
[0057]
As shown in the application example of FIG. 1, the stepper motor drive circuit of the present embodiment is very useful for in-vehicle use. That is, in the vehicle, various noises, vibrations, and the like are likely to occur, and there is an environment where the count value by the counting mechanism and the positional relationship of the rotor 3 of the stepper motor may be out of synchronization. Therefore, it is very effective to employ the stepper motor drive circuit of this embodiment in a vehicle under such an environment and conditions. In addition, as described above, the stepper motor casing can be miniaturized by combining the driving coil and the induction voltage detecting coil. Therefore, the stepper motor driving circuit of this embodiment can be installed in a vehicle with limited living space. Adopting is very useful.
[0058]
Further, the effects of the present embodiment will be additionally described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 4 is a diagram showing a signal waveform in each excitation step of the excitation signal that is the basis of the present embodiment. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between each excitation step and the rotation pattern of the rotor of FIG. The reference numerals and the like shown in FIGS. 4 and 5 have the same meanings as those shown in FIGS. The basic action is also the same as that shown in FIGS.
[0059]
For example, the number in the rectangle indicates the step number, and the number in parentheses indicates the rotation angle of the rotor. The rotor is a 5-pole pair in which 5 N poles and S poles are alternately and evenly magnetized. The excitation signal for rotating the rotor includes a C1a signal, a C1b signal for the coil C1, and a C2a signal and a C2b signal for the coil C2. The rotor is rotationally driven by the attraction / repulsion action of the coils C1 and C2 supplied with the excitation signal and the N pole and S pole of the rotor.
[0060]
The basic excitation signal shown here is for rotating the rotor by the same angle, that is, by 9 degrees at the time of transition between steps. One cycle of this excitation signal is composed of excitation steps 1, 8, 7, 6, 5, 4, 3 and 2. For example, each excitation step is assigned by 32 ms.
[0061]
As can be seen by comparing FIGS. 4 and 5 with FIGS. 2 and 3 showing the above-described embodiment, the specific excitation step 8 among the steps constituting one cycle of the basic excitation signal is the next excitation step. 7 and detection steps 5a and 5b in which the specific excitation step 6 is replaced with the next excitation step 5 are provided, and the excitation signals of this embodiment as shown in FIGS. 2 and 3 are provided. Is generated. That is, the specific excitation step 8 is skipped, the excitation step 7 is continuously assigned instead, the specific excitation step 6 is skipped, and the excitation step 5 is continuously assigned instead.
[0062]
Therefore, the excitation step 1 makes a transition to step 7 at once, and the rotor 3 also rotates twice as much as the normal excitation step according to the change of the excitation signal during this period. In addition, the excitation step 7 makes a transition to step 5 at once, and here also rotates twice as much as the normal excitation step.
[0063]
As described above, the detection steps 7a, 7b, and the detection steps are performed while maintaining the rotational motion of the rotor 3 smoothly by rotating at equal angles for each excitation step except for the detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b. 5a and 5b rotate at twice the angle of the basic excitation step each time, and these occur continuously, so that a larger induced voltage can be detected for a longer time, and when the pointer 6 comes into contact with the stopper 7 The difference from the induced voltage becomes clearer and zero detection can be performed more reliably.
[0064]
The basic excitation signal is used as an excitation signal for driving the stepper motor at a normal time other than zero detection. In this case, the allocation time for each step is set to a desired value.
At normal times other than zero detection, each step shown in FIG. 4 is performed from right to left (forward direction) or from left to right (reverse direction) according to the angle data supplied from the counting device (counting mechanism). ) To be supplied to the first and second coils C1 and C2, the rotor is rotated clockwise or counterclockwise, and the position of the pointer 6 is controlled by an amount corresponding to the angle data. Become.
[0065]
Thus, the rotor excitation signals used during zero detection and normal time are the same except for the detection steps 7a, 7b, 5a, and 5b. Accordingly, since signals of completely different patterns are not used for zero detection and normal time, the drive control of the rotor 3 is not complicated more than necessary.
[0066]
In the present embodiment described above, the stepper motor drive circuit drives only one stepper motor, but a plurality of stepper motors corresponding to tachometers, fuel gauges, thermometers, turbometers, etc. by time-sharing control. Can also be driven. In that case, the zero detection corresponding to each stepper motor may be applied in a time-sharing manner to the above-described embodiment.
[0067]
In the present embodiment, the coil C2 pulls the N pole in the excitation step 1, but the S pole may be pulled. In that case, the rotation pattern of the rotor 3 when contacting the stopper 7 and the signal waveform at each excitation step are different from those of the present embodiment.
[0068]
Further, in the present invention, the rotation direction of the rotor at the time of zero detection is not limited to the direction shown in the present embodiment. It is possible to change the polarity of the coils C1 and C2, change the position of the stopper, and the like. For example, a position determined by a stopper that appears only when the zero position is detected may be set as the zero position.
[0069]
Furthermore, the excitation signal is not limited to a type in which 8 steps are set to 1 cycle, for example, a type in which 4 steps are set to 1 cycle may be used, and the rotor is not limited to 5 magnetic pole pairs. Three magnetic pole pairs may be used.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, in synchronism with the timing at which a part of the driven member comes into contact with the stopper 7, over a specific series of steps 7 and 5 in one cycle. The first and second coils C1 and C2 are caused to function as coils for detecting the induced voltage. By using two coils in this way, detection of the induced voltage can be performed over successive steps in one cycle, so that part of the driven member may be affected by ambient temperature and component variations. Even if there is a change in the relationship between the timing of contact with the stopper 7 and the pattern of the rotor 3 at that time, there is a high possibility that the induced voltage can be detected. In other words, it can be said that the internal stopper dimensional accuracy of the motor to be used is relaxed. Of course, since the two coils C1 and C2 are basically for driving, the number of components is not increased by the present invention. That is, according to the present invention, by effectively using the driving coils C1 and C2 as induction voltage detection coils, it is possible to reliably determine whether the stopper 7 is in contact or not without increasing the number of parts. You will be able to perform zero check with certainty.
[0071]
According to the second aspect of the present invention, the amount of rotation of the rotor 3 increases when the detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b transition from other steps, and the induced voltage due to the magnetic flux change increases accordingly. To do. As a result, it is possible to reliably detect the induced voltage when the rotor 3 is rotating, that is, when a part of the driven member is not yet in contact with the stopper 7. Of course, when a part of the driven member comes into contact with the stopper 7, the induced voltage should be close to zero, so that the difference between the induced voltages when it is not and when it is in contact becomes large. As a result, it becomes easy to determine whether or not a part of the driven member has come into contact with the stopper 7, that is, zero detection can be reliably performed.
[0072]
According to the third aspect of the invention, the transition from the excitation step 1 to the step 7 is performed at once, and the rotor 3 is also rotated twice as much as the normal excitation step according to the change of the excitation signal during this period. . In addition, the excitation step 7 makes a transition to step 5 at once, and here also rotates twice as much as the normal excitation step. That is, since steps having twice the rotation angle are continued, a larger induced voltage can be detected for a longer time. As a result, the difference from the induced voltage when a part of the driven member comes into contact with the stopper 7 becomes clearer, and zero detection can be performed more reliably.
In addition to the detection steps 7a, 7b, and 5a, 5b, since the rotation is performed at equal angles for each excitation step, the above effect can be obtained while the rotational motion of the rotor 3 is maintained smoothly.
[0073]
According to the fourth aspect of the invention, the excitation signal of the rotor 3 used at the time of zero detection and normal time is the same except for the detection steps 7a, 7b, 5a and 5b. Accordingly, since the rotor drive signal of a completely different pattern is not used for each of the zero detection and the normal time, the drive control of the rotor 3 is not complicated more than necessary.
[0074]
According to the invention described in claim 5, the stepper motor drive circuit is mounted on the vehicle. That is, in the vehicle, various noises, vibrations, and the like are likely to be generated, and there is an environment in which the count value obtained by the counting mechanism and the positional relationship of the rotor 3 of the stepper motor may be out of synchronization. Therefore, it is very effective to apply the stepper motor drive circuit of the present invention under such an environment and conditions. Further, as described above, the use of the drive coil and the induction voltage detection coil enables the stepper motor casing to be miniaturized. Therefore, applying the present invention to a vehicle with limited living space is extremely Becomes effective.
[0075]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a stepper motor drive circuit of the present invention and an application example thereof.
FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a signal waveform in each excitation step of an excitation signal and first and second detection timing signals according to the present embodiment.
3 is a diagram illustrating a relationship between each excitation step and a rotation pattern of a rotor in FIG. 2; FIG.
FIG. 4 is a diagram illustrating a signal waveform in each excitation step of a basic excitation signal.
5 is a diagram showing the relationship between each excitation step and the rotation pattern of the rotor in FIG. 4; FIG.
FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between a signal waveform at each excitation step of an assumed excitation signal and a detection timing signal.
7 is a diagram illustrating a relationship between each excitation step and a rotation pattern of a rotor in FIG. 6;
[Explanation of symbols]
1 Stepper motor drive circuit
2 counter
3 Rotor
4 Intermediate gear
5 Output gear
6 Guidelines
7 Stopper
8 scales

Claims

Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された回転子、並びに複数の励磁ステップで１サイクルが構成される励磁信号に応答して前記回転子を回転させる、相互に所定の角度で配置された第１及び第２コイルを有するステッパモータと、
前記回転子により駆動される指針がストッパで定められるゼロ位置方向に移動するように前記回転子を回転させる前記励磁信号を生成し、前記第１及び第２コイルに供給する励磁信号供給手段と、
前記回転子の回転に伴い発生する誘導電圧に基づいて被駆動部材の一部が前記ストッパに当接したかどうかを判断する当接判断手段と、
前記当接判断手段による判断に基づいて、前記被駆動部材の一部が前記ストッパに当接した位置を計数機構に同期させる同期機能を備えたステッパモータ駆動回路であって、
前記励磁信号は、前記第１コイルに供給される第１励磁信号及び前記第２コイルに供給される第２励磁信号から構成され、
前記第１及び第２励磁信号は、前記被駆動部材の一部が前記ストッパに当接するタイミングに同期して、前記１サイクルの一部を構成する、特定の連続する複数のステップに渡って、前記第１及び第２コイルを誘導電圧検出用のコイルとして機能させるための、検出ステップをそれぞれ含む
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。A rotor in which N poles and S poles are alternately and evenly magnetized, and the rotor is rotated in response to an excitation signal that constitutes one cycle by a plurality of excitation steps. A stepper motor having first and second coils;
Excitation signal supply means for generating the excitation signal for rotating the rotor so that a pointer driven by the rotor moves in a zero position direction determined by a stopper, and supplying the excitation signal to the first and second coils;
Contact determination means for determining whether a part of the driven member has contacted the stopper based on an induced voltage generated with rotation of the rotor;
A stepper motor drive circuit having a synchronization function for synchronizing the position where a part of the driven member is in contact with the stopper based on the determination by the contact determination means with a counting mechanism;
The excitation signal includes a first excitation signal supplied to the first coil and a second excitation signal supplied to the second coil.
The first and second excitation signals are synchronized with a timing at which a part of the driven member comes into contact with the stopper over a plurality of specific consecutive steps constituting a part of the one cycle. A stepper motor drive circuit comprising detection steps for causing the first and second coils to function as induction voltage detection coils.

請求項１のステッパモータ駆動回路において、
前記励磁信号は、前記検出ステップに他のステップから遷移する際の前記回転子の回転量が、他のステップ間遷移時の前記回転量よりも、大きくなるような信号波形を含む
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。In the stepper motor drive circuit of claim 1,
The excitation signal includes a signal waveform such that the amount of rotation of the rotor at the time of transition from another step to the detection step is larger than the amount of rotation at the time of transition between other steps. Stepper motor drive circuit.

請求項１又２いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、
前記検出ステップは、ステップ間遷移時に前記回転子を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップで１サイクルが構成される基本励磁信号のうちの特定ステップがこれに続く次ステップに置換されたものである
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。The stepper motor drive circuit according to claim 1 or 2,
In the detection step, a specific step of a basic excitation signal in which one cycle is constituted by a plurality of basic excitation steps for rotating the rotor by equal angles at the time of transition between steps is replaced with a subsequent step. There is a stepper motor drive circuit characterized by that.

請求項３記載のステッパモータ駆動回路において、
前記計数機構から供給される計数データに応じて、前記基本励磁信号と同様の信号を、順方向又は逆方向に前記第１及び第２コイルに供給することにより、前記指針を前記計数データに応じた量だけ位置制御する指針制御手段を更に含む
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。The stepper motor drive circuit according to claim 3,
Depending on the counting data supplied from the counting mechanism, a signal similar to the basic excitation signal is supplied to the first and second coils in the forward direction or the reverse direction, so that the pointer corresponds to the counting data. A stepper motor driving circuit further comprising pointer control means for controlling the position by a predetermined amount.

請求項１〜４いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、
前記ステッパモータ駆動回路は車載される
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。In the stepper motor drive circuit according to any one of claims 1 to 4,
The stepper motor drive circuit is mounted on a vehicle.