JP2005006415A

JP2005006415A - ステッパモータの駆動装置

Info

Publication number: JP2005006415A
Application number: JP2003167513A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Umehara; 英正梅原
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2003-06-12
Publication date: 2005-01-06

Abstract

【課題】無励磁状態から通電した時、ステッパモータの励磁出力と回転子位置の関係の同期を一定時間内にとることができるステッパモータの駆動装置を提供すること。
【解決手段】複数の励磁コイル１ａ１，１ａ２および励磁コイルの励磁状態の変化に応じて回転する回転子１ｂを有するステッパモータ１と、回転子１ｂの回転に連動する被駆動部材２と、被駆動部材２を所定位置に機械的に停止させるストッパ５と、励磁コイル１ａ１，１ａ２の励磁状態を制御する制御手段４とを備え、制御手段４は、ステッパモータ１を無励磁状態から通電する際、励磁コイル１ａ１，１ａ２を、回転子１ｂを初期設定位置に合わせるための初期励磁状態に制御し、次いで、電気的１サイクルにおいて±９０゜変化する揺らし励磁状態に制御する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータの駆動装置に関し、特に、車載用指示装置に適用されるステッパモータの駆動装置に関する。
【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用指示装置には、応答性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。
【０００３】
しかしながら、このようなステッパモータを用いた車載用指示装置を搭載する車両においては、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。
【０００４】
そこで、このようなステッパモータを用いた車載用指示装置では、例えば、イグニッションスイッチのオンのタイミングで、ステッパモータをストッパ方向に逆回転させて、指針をストッパで定められるゼロ位置に戻す初期化処理が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述の車載用指示装置において、ステッパモータを無励磁状態から通電する場合、回転子の位置にかかわらず、励磁コイルに励磁パターン出力を供給する駆動回路は、回転子を初期設定位置に合わせるための励磁パターン出力を一定時間供給することにより、回転子を初期設定位置に移動させて回転子の位置と励磁パターン出力の関係を合わせた後、通常の回転制御を行うようにしている。
【０００６】
ところが、通電前の回転子の位置が、回転子を初期設定位置に合わせるための励磁パターン出力と電気的に１８０゜反対であると、この励磁パターン出力で一定時間励磁しても、回転子はバランスがとれて一定時間動かず、励磁パターン出力と回転子位置の関係が合わないままとなる場合があった。
【０００７】
このような場合、励磁パターン出力と回転子位置の関係が合わないと、すなわち、回転子の位置が初期設定位置に合わないままだと、ステップモータを通常動作に移行させることができなくなるという問題がある。
【０００８】
そこで本発明は、上述した従来の問題点に鑑み、無励磁状態から通電した時、ステッパモータの励磁パターン出力と回転子位置の関係の同期を一定時間内にとることができるステッパモータの駆動装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【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記載の発明は、励磁コイルおよび前記励磁コイルの励磁状態の変化に応じて回転する回転子を有するステッパモータと、前記回転子の回転に連動する被駆動部材と、前記被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、前記励磁コイルの励磁状態を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、前記ステッパモータを無励磁状態から通電する際、前記励磁コイルを、前記回転子を初期設定位置に合わせるための初期励磁状態に制御し、次いで、電気的１サイクルにおいて±９０゜変化する揺らし励磁状態に制御することを特徴とするステッパモータの駆動装置に存する。
【００１０】
請求項１記載の発明によれば、励磁コイルおよび励磁コイルの励磁状態の変化に応じて回転する回転子を有するステッパモータと、回転子の回転に連動する被駆動部材と、被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、励磁コイルの励磁状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ステッパモータを無励磁状態から通電する際、励磁コイルを、回転子を初期設定位置に合わせるための初期励磁状態に制御し、次いで、電気的１サイクルにおいて±９０゜変化する揺らし励磁状態に制御するので、励磁パターン出力と回転子位置の関係の同期を早くとることができる。
【００１１】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載の発明は、前記制御手段は、前記揺らし励磁状態が−９０゜、＋９０゜、＋９０゜および−９０゜の順に変化するように制御することを特徴とする請求項１記載のステッパモータの駆動装置に存する。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、制御手段は、前記揺らし励磁状態が−９０゜、＋９０゜、＋９０゜および−９０゜の順に変化するように制御するので、ストッパがあっても、励磁パターン出力と回転子位置の関係の同期を早くとることができる。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載の発明は、前記制御手段は、前記揺らし励磁状態の制御をマイクロステップ駆動方式で行うことを特徴とする請求項１記載のステッパモータの駆動装置に存する。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、制御手段は、揺らし励磁状態の制御をマイクロステップ駆動方式で行うので、回転子の揺らし移動をなめらかに行わせることができる。
【００１５】
【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、本発明の駆動装置として駆動制御装置を組み込んだ車載用指示装置を示す図である。車載用指示装置は、励磁コイル１ａ１および１ａ２と、Ｎ極およびＳ極が着磁され、励磁コイル１ａ１および１ａ２の励磁状態の変化に応じて回転する回転子１ｂを有するステッパモータ１を備えている。
【００１６】
車載用指示装置はさらに、回転子１ｂの回転に連動する被駆動部材としての指針２と、回転子１ｂの回転を指針２に伝えるギア３と、励磁コイル１ａ１および１ａ２の励磁状態を制御して、回転子１ｂを正逆回転する制御手段としての駆動回路４と、指針２をゼロを示す位置（以下、ゼロ位置という）に機械的に停止させるストッパ５とを備えている。なお、このゼロ位置が、請求項中の所定位置に相当する。
【００１７】
駆動回路４は、センサ（図示しないが、たとえば車速センサ）からの情報に基づき算出された角度データ信号Ｄ１が入力されると共に、励磁コイル１１ａ１及び１１ａ２に所定の励磁パターンを有する励磁パルスを出力する。
【００１８】
上述の構成において、イグニッションオンによる通電時、駆動回路４は、図２に示すように、まず初期励磁ステップとして回転子１ｂを初期設定位置に合わせるための初期励磁パターン（相Ｂのみハイ（Ｈ）レベルで他の相はロー（Ｌ）レベル）を有する励磁パルスを出力し、励磁コイル１ａ１および１ａ２が無励磁状態から通電による初期励磁状態になるように駆動制御する。ここでは、たとえば、励磁コイル１ａ１がＮ極となるように励磁し、回転子１ｂのＳ極が励磁コイル１ａ１の位置に合ったときを初期設定位置とする。
【００１９】
この初期励磁ステップにおいて、通電前の回転子１ｂの位置が励磁コイル１ａ１の位置に合っていれば、回転子１ｂは動かず、初期設定位置に留まったままとなる。
【００２０】
一方、通電前の回転子１ｂのＳ極が励磁コイル１ａ１の位置に合っていない場合、すなわち、回転子１ｂのＳ極の位置が、励磁コイル１ａ１の位置と１８０゜反対の位置以外の位置にある場合には、回転子１ｂは、そのＳ極が励磁コイル１ａ１のＮ極に引き込まれて移動し、初期設定位置となる。
【００２１】
しかし、通電前の回転子１ｂのＳ極が、励磁コイル１ａ１の位置と１８０゜反対の位置にずれていると、この状態は、回転子１ｂのＮ極が励磁コイル１ａ１のＮ極に相対する位置となり、上述したように、回転子１ｂの位置が、駆動制御装置からの出力と電気的に１８０゜反対であることになり、回転子１ｂはバランスがとれて一定時間動かず、駆動回路４の出力と回転子１ｂ位置の関係が初期設定位置とならないままとなる。このような場合には、初期設定位置に合うまで、ステッパモータ１は通常動作に入れない。
【００２２】
そこで、駆動回路４は、初期励磁ステップに続いて、１相フルステップ駆動方式による揺らし励磁ステップで、励磁コイル１ａ１および１ａ２を駆動制御する。
【００２３】
この揺らし励磁ステップは、励磁コイル１ａ１および１ａ２を初期励磁状態から電気的１サイクルにおいて±９０゜変化させて励磁するものである。すなわち、揺らし励磁ステップは、励磁パターンが、それぞれ、初期励磁状態から−９０゜、＋９０゜、＋９０゜および−９０゜の順に変化する第１〜４サブステップで構成される。
【００２４】
まず、駆動回路４は、第１サブステップで初期励磁状態から電気的に−９０゜変化するような励磁パターン（−相ＡのみＨで他の相はＬ）を有する励磁パルスを出力し、励磁コイル１ａ２のみがＮ極となるように励磁する。それにより、回転子１ｂは、励磁コイル１ａ１の位置と１８０゜反対の位置にずれているＳ極が、励磁コイル１ａ２のＮ極に引き込まれて回転しようとするが、ストッパ５に指針２が接触するため、励磁コイル１ａ２の位置まで移動することができない。
【００２５】
次に、駆動回路４は、第１サブステップに続く第２サブステップで、第１サブステップの励磁パターンから電気的に＋９０゜変化するような励磁パターン（相ＢのみＨで他の相はＬ）を有する励磁パルスを出力し、励磁コイル１ａ１のみが再びＮ極となるように励磁する。それにより、回転子１ｂは、第１サブステップで決まる位置に維持される。
【００２６】
次に、駆動回路４は、第２サブステップに続く第３サブステップで、さらに第２サブステップの励磁パターンから電気的に＋９０゜変化するような励磁パターン（相ＡのみＨで他の相はＬ）を有する励磁パルスを出力し、励磁コイル１ａ２のみがＳ極となるように励磁する。それにより、回転子１ｂは、そのＮ極が励磁コイル１ａ２のＳ極に引き込まれて回転し、励磁コイル１ａ２の位置まで移動する。
【００２７】
次に、駆動回路４は、第３ステップに続く第４サブステップで、さらに第３サブステップの励磁パターンから電気的に−９０゜変化するような励磁パターン（相ＢのみＨで他の相はＬ）を有する励磁パルスを出力し、励磁コイル１ａ１がＮ極となるように励磁する。それにより、回転子１ｂは、そのＳ極が励磁コイル１ａ１のＮ極に引き込まれて回転し、初期設定位置である励磁コイル１ａ１の位置と合う位置まで移動する。
【００２８】
以上のように、初期励磁ステップにおいて、駆動回路４の出力に対して回転子１ｂの位置が初期設定位置に合わない場合にも、揺らし励磁ステップの作用により初期設定位置に合わせることができる。
【００２９】
したがって、初期励磁ステップにおいて、回転子１ｂの位置が初期設定位置に合っていない場合も、揺らし励磁ステップによって初期設定位置に合わせ、励磁パターン出力と回転子位置の関係の同期を早くとることができるので、駆動回路４は、揺らし励磁ステップに続いて、角度データ信号Ｄ１に対応する所定の励磁パターンを有する励磁出力によりステッパモータを正逆回転させる通常動作に移行することができる。
【００３０】
なお、上述の揺らし励磁ステップは、１相フルステップ駆動方式で駆動制御しているが、これに代えて、マイクロステップ駆動方式の励磁信号で駆動制御することもできる。
【００３１】
たとえば、図３に示すように、正弦波マイクロステップ駆動方式の励磁信号で駆動制御しても良い。すなわち、駆動回路４は、励磁コイル１ａ１には、励磁信号としてＣＯＳ波を供給し、励磁コイル１ａ２には、励磁信号としてＣＯＳ波と９０゜位相差を有するＳＩＮ波を供給する。
【００３２】
回転子１ｂを時計回り（ＣＷ）方向に回転させる場合は、図３において電気的に＋９０゜方向のＣＯＳ波およびＳＩＮ波を供給し、反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転させる場合には、図３において、電気的に−９０゜方向のＣＯＳ波およびＳＩＮ波を供給するのである。
【００３３】
そして、この場合の揺らし励磁ステップは、図４に示すように、第１サブステップ（−９０゜）→第２サブステップ（＋９０゜）→第３サブステップ（＋９０゜）→第４サブステップ（−９０゜）の順番にＣＯＳ波およびＳＩＮ波を供給する。
【００３４】
図５は、正弦波マイクロステップ駆動方式を適用した場合の初期励磁ステップのパルス波および揺らし励磁ステップにおけるＣＯＳ波およびＳＩＮ波の波形図を示す。図５においては、初期励磁の次に正弦波マイクロステップによる回転子１ｂを揺らす揺らし励磁を行い、その後、初期励磁と同様の励磁パターンで振動停止させるための待機期間を置いている。このような正弦波マイクロステップ駆動方式を適用した場合も、図２に示すように、回転子１ｂを初期設定位置に合うように移動させることができる。
【００３５】
このように、マイクロステップ駆動方式を採用した場合には、回転子１ｂの揺らし移動をなめらかに行わせることができる。
【００３６】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、複数の励磁コイルおよび励磁コイルの励磁状態の変化に応じて回転する回転子を有するステッパモータと、回転子の回転に連動する被駆動部材と、被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、励磁コイルの励磁状態を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ステッパモータを無励磁状態から通電する際、励磁コイルを、回転子を初期設定位置に合わせるための初期励磁状態に制御し、次いで、電気的１サイクルにおいて±９０゜変化する揺らし励磁状態に制御するので、励磁出力と回転子位置の関係の同期を早くとることができる。
【００３８】
請求項２記載の発明によれば、制御手段は、前記揺らし励磁状態が−９０゜、＋９０゜、＋９０゜および−９０゜の順に変化するように制御するので、ストッパがあっても、励磁パターン出力と回転子位置の関係の同期を早くとることができる。
【００３９】
請求項３記載の発明によれば、制御手段は、揺らし励磁状態の制御をマイクロステップ駆動方式で行うので、回転子の揺らし移動をなめらかに行わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るステッパモータの駆動装置を組み込んだ車載用指示装置を示す図である。
【図２】図１の車載用指示装置の駆動装置における初期励磁ステップと揺らし励磁ステップの電気的サイクルと、ステッパモータの状態とを示す構成を示す図である。
【図３】駆動装置の励磁制御で適用されるマイクロステップ駆動方式を説明する図である。
【図４】マイクロステップ駆動方式で駆動制御する場合の揺らし励磁ステップの電気的サイクルを示す図である。
【図５】マイクロステップ駆動方式を適用した場合の初期励磁ステップおよび揺らし励磁ステップにおけるＣＯＳ波およびＳＩＮ波の波形図を示す。
【符号の説明】
１ステッパモータ
１ａ１励磁コイル
１ａ２励磁コイル
１ｂ回転子
２指針（被駆動部材）
３ギヤ
４駆動回路（制御手段）
５ストッパ

Claims

励磁コイルおよび前記励磁コイルの励磁状態の変化に応じて回転する回転子を有するステッパモータと、
前記回転子の回転に連動する被駆動部材と、
前記被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、
前記励磁コイルの励磁状態を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記ステッパモータを無励磁状態から通電する際、前記励磁コイルを、前記回転子を初期設定位置に合わせるための初期励磁状態に制御し、次いで、電気的１サイクルにおいて±９０゜変化する揺らし励磁状態に制御する
ことを特徴とするステッパモータの駆動装置。
前記制御手段は、前記揺らし励磁状態が−９０゜、＋９０゜、＋９０゜および−９０゜の順に変化するように制御する
ことを特徴とする請求項１記載のステッパモータの駆動装置。
前記制御手段は、前記揺らし励磁状態の制御をマイクロステップ駆動方式で行う
ことを特徴とする請求項１または２記載のステッパモータの駆動装置。