JP4509332B2 - ステッパモータ駆動回路 - Google Patents

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。

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