JP2005117847A - 当接検出方法、並びに、ステッピングモータの初期化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】正確に当接検出を行うことができる当接検出方法、並びに、正確に被駆動部材をストッパとの当接位置で停止させることができるステッピングモータの初期化方法及び装置を提供する。
【解決手段】片１ｄがストッパ１ｅから離れる正転方向に、ステッピングモータ１を回転駆動した後、片１ｄがストッパ１ｅに向かう逆転方向に、ステッピングモータ１を回転駆動する。正転方向への回転駆動中に検出した無励磁状態の励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧と、逆転方向への回転駆動中に検出した無励磁状態の励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧との比較に基づき、片１ｅがストッパ１ｅに当接したことを検出する。当接検出に応じて、ステッピングモータ１の回転駆動を停止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、当接検出方法、並びに、ステッピングモータの初期化方法及び装置に係わり、特に、ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに当接したことを検出する当接検出方法、並びに、当接検出方法を用いたステッピングモータの初期化方法及び装置に関する。

従来から、上述したステッピングモータを用いたものとして、例えば、車両用の指示装置が知られている。この指示装置は、各種センサが計測した計測値を指針によって指示するものである。

このステッピングモータを駆動する駆動装置は、指針の現位置θ′と、目標位置θとの差分である移動量（θ−θ′）に応じて、ステッピングモータを回転させる。これにより、指針が移動量（θ−θ′）分、移動して目標位置θを指示するようになる。上記目標位置θは、各種センサが計測した計測値に基づき算出された角度データθｉが入力される毎に、当該角度データθｉに更新される。

ところで、上記指示装置は、車両の振動あるいは雑音が重畳している角度データθｉの入力等の原因により、指針が本来移動すべき移動量（θ−θ′）と、実際の移動量とが異なる脱調を起こしてしまうことがあった。そして、この脱調が繰り返されると、指針が指示する計測値と、各種センサが計測した計測値との間で誤差が生じ、正確な指示を行うことができなくなってしまう。

そこで、このような問題を解決するため、駆動装置は、例えば、電源が投入される毎に、後述する初期化駆動を行っている。初期化駆動において、駆動装置は、ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材としての片がストッパ側に向かうように、ステッピングモータを逆転させる。逆転させた結果、片がストッパに当接し、指針が文字板上の計測値０に到達したと判断すると、駆動装置は、ステッピングモータの回転を電気的に停止する。

なお、上記当接検出は、例えば、ステッピングモータの回転に応じて誘導電圧が発生する検出コイルの両端電圧に基づき判断する方法が知られている（例えば、特許文献１）。具体的には、検出コイルに閾値を超えた大きな誘導電圧が発生していれば、ステッピングモータが回転状態であり、片がストッパに当接していないと判断することができる。一方、検出コイルに閾値以下の小さな誘導電圧しか発生していないときは、ステッピングモータが、片とストッパとの当接により、機械的に停止されたと判断することができる。また、上記検出コイルとして、ステッピングモータの回転中、無励磁状態に制御された励磁コイルを流用することも考えられる。

以上の初期化駆動を行うことにより、現位置θ′が初期位置０°であると認識しているとき、指針も実際に初期位置である計測値０の目盛上を指示することとなるため、指針が指示する計測値と、各種センサが計測した計測値との間の誤差をリセットすることができた。
特開平５−２６４２９０号公報

ところで、上述した従来では、検出コイルの両端電圧が閾値以下となったとき、片がストッパに当接したことを検出している。しかしながら、検出コイルに発生する誘導電圧は、図３に示すように、温度や、負荷条件によって異なり、又、個体毎のバラツキもある。

このため、図３に示すように、閾値Ａを設定した場合、温度が例えば−３０°以下においては、当接状態であっても、検出コイルに発生する誘導電圧が閾値Ａを超えてしまう。また、温度が７５°以上においては、未当接状態であっても、検出コイルに発生する誘導電圧が閾値Ａ以下となり、正確に当接検出を行うことができない。そして、このため、初期化駆動において、正確に片をストッパとの当接位置で停止させることができない。

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、正確に当接検出を行うことができる当接検出方法、並びに、正確に被駆動部材をストッパとの当接位置で停止させることができるステッピングモータの初期化方法及び装置を提供することを課題とする。

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、ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルの両端電圧と基準との比較に基づき、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに当接して、前記ステッピングモータの回転が機械的に停止したことを検出する当接検出方法であって、前記被駆動部材と前記ストッパとが未当接状態であり、前記ステッピングモータが回転状態にあるときに検出した、前記検出コイルの両端電圧を前記基準として、前記当接検出を行うことを特徴とする当接検出方法に存する。

請求項１記載の発明によれば、被駆動部材がストッパと未当接状態であり、ステッピングモータが回転状態であるときに、実際に、検出した検出コイルの両端電圧を基準として、当接検出を行う。従って、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた基準を設定して、当接検出を行うことができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の当接検出方法であって、前記検出コイルの両端電圧に応じた値と前記基準との比が、所定値以下のとき、前記当接を検出することを特徴とする当接検出方法に存する。

請求項２記載の発明によれば、検出コイルの両端電圧と前記基準との比が、所定値以下のとき、当接を検出する。従って、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた基準に対する変化量によって、当接検出を行うことができる。

請求項３記載の発明は、ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルを用いて、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパとの当接位置に、強制的に、停止させるステッピングモータの初期化方法であって、前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動した後、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動し、前記正転方向への回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧と、前記逆転方向への回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧との比較に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接したことを検出し、前記当接検出に応じて、前記ステッピングモータの回転駆動を停止することを特徴とするステッピングモータの初期化方法に存する。

請求項３記載の発明によれば、被駆動部材がストッパから離れる正転方向に、ステッピングモータを回転駆動した後、被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向に、ステッピングモータを回転駆動する。正転方向への回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧と、逆転方向への回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧との比較に基づき、被駆動部材がストッパに当接したことを検出する。当接検出に応じて、ステッピングモータの回転駆動を停止する。

従って、ステッピングモータが回転状態であるときに、実際に、検出した検出コイルの両端電圧と、逆転方向への回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧との比較に基づき、当接検出を行うことにより、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた、正確な当接検出を行うことができる。しかも、逆回転駆動する前に、正回転駆動することにより、確実に、ステッピングモータが回転状態であるときの検出コイルの両端電圧を検出することができる。

請求項４記載の発明は、ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルを用いて、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパとの当接位置に、強制的に、停止させるステッピングモータの初期化装置であって、前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動する第１駆動手段と、前記第１駆動手段による回転駆動終了後、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動する第２駆動手段と、前記第１駆動手段による回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧と、前記第２駆動手段による回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧との比較に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接したことを検出する当接検出手段と、前記当接検出に応じて、前記第２駆動手段による回転駆動を停止させる停止手段とを備えたことを特徴とするステッピングモータの初期化装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、第１駆動手段が、被駆動部材がストッパから離れる正転方向に、ステッピングモータを回転駆動する。第２駆動手段が、第１駆動手段による回転駆動終了後、被駆動部材がストッパに向かう逆転方向に、ステッピングモータを回転駆動する。当接検出手段が、第１駆動手段による回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧と、第２駆動手段による回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧との比較に基づき、被駆動部材がストッパに当接したことを検出する。停止手段が、当接検出に応じて、第２駆動手段による回転駆動を停止させる。

従って、ステッピングモータが回転状態であるときに、実際に、検出した検出コイルの両端電圧と、逆転方向への回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧との比較に基づき、当接検出を行うことにより、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた、正確な当接検出を行うことができる。しかも、逆回転駆動する前に、正回転駆動することにより、確実に、ステッピングモータが回転状態であるときの検出コイルの両端電圧を検出することができる。

以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた基準を設定して、当接検出を行うことができるので、正確に当接検出を行うことができる当接検出方法を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた基準に対する変化量によって、当接検出を行うことができるので、より一層、正確に当接検出を行うことができる当接検出方法を得ることができる。

請求項３及び４記載の発明によれば、ステッピングモータが回転状態であるときに、実際に、検出した検出コイルの両端電圧と、逆転方向への回転駆動中に検出した検出コイルの両端電圧との比較に基づき、当接検出を行うことにより、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた、正確な当接検出を行うことができる。しかも、逆回転駆動する前に、正回転駆動することにより、確実に、ステッピングモータが回転状態であるときの検出コイルの両端電圧を検出することができるので、正確に被駆動部材をストッパに当接させることができるステッピングモータの初期化方法及び装置を得ることができる。

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、本発明の当接検出方法及びステッピングモータの初期化方法を実施した初期化装置を組み込んだ指示装置の一実施の形態を示す図である。同図において、指示装置は、上述した従来で説明したように、ステッパモータ１と、このステッパモータ１により駆動される指針２と、ステッパモータ１を回転駆動する駆動装置３とを備えている。

上述したステッパモータ１は、２つの励磁コイル１ａ１及び１ａ２と、ＮＳ極が交互に３極づつ着磁され、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の変化に追従して回転する回転子１ｂと、回転子１ｂの駆動力を指針２に伝えるギア１ｃとを備えている。

ステッパモータ１はさらに、指針２側のギア１ｃの裏側に設けられ、回転子１ｂの回転に連動する被駆動部材としての片１ｄと、上記励磁コイル１ａ１及び１ａ２、回転子１ｂ、ギア１ｃ及び片１ｄを収容する図示しない収容ケースに設けられ、片１ｄとの当接により、回転子１ｂの回転を機械的に停止させるストッパ１ｅとを備えている。

なお、片１ｄがストッパ１ｅに向かうような、ステッパモータ１の回転を逆転方向とする。これに対して、片１ｄがストッパ１ｅから離れるような、ステッパモータ１の回転方向を正転方向とする。また、ストッパ１ｅは、片１ｄと当接したとき、指針２が文字板上の計測値０の目盛上を指示するように設けられている。

次に、駆動装置３の構成について説明する。駆動装置３は、励磁コイル１ａ１、１ａ２に接続されているマイクロコンピュータ３ａ（以下、μＣＯＭ３ａ）を備えている。μＣＯＭ３ａは、プログラムに従って各種の処理を行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）３ａ−１と、ＣＰＵ３ａ−１が行う処理プログラムなどを格納した読み出し専用のメモリであるＲＯＭ３ａ−２と、ＣＰＵ３ａ−１での各種の処理過程で利用するワークエリア、各種データを格納するデータ格納エリアなどを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ３ａ−３とを備えている。

上述したμＣＯＭ３ａは、複数の励磁ステップで１電気サイクルが構成される駆動信号を励磁コイル１ａ１、１ａ２に供給することにより、ステッパモータ１の回転駆動を行っている。

また、駆動装置３において、励磁コイル１ａ１のｂ側は、スイッチＳＷ１を介して、μＣＯＭ３ａに接続されている。このスイッチＳＷ１は、上述したμＣＯＭ３ａによって、オンオフ制御が行われている。一方、励磁コイル１ａ１のａ側は、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１から構成される積分回路を介して、μＣＯＭ３ａに接続される。これにより、μＣＯＭ３ａには、スイッチＳＷ１をオフしたときに、励磁コイル１ａ１に発生する誘導電圧の積分値が供給される。

さらに、励磁コイル１ａ２のｂ側は、スイッチＳＷ２を介して、μＣＯＭ３ａに接続されている。このスイッチＳＷ２は、上述したμＣＯＭ３ａによって、オンオフ制御が行われている。一方、励磁コイル１ａ２のａ側は、抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２から構成される積分回路を介して、μＣＯＭ３ａに接続される。これにより、μＣＯＭ３ａには、スイッチＳＷ２をオフしたときに、励磁コイル１ａ２に発生する誘導電圧の積分値が供給される。

上述した構成の指示装置の動作について、ＣＰＵ３ａ−１の処理手順を示す図２のフローチャートを参照して以下説明する。ＣＰＵ３ａ−１は、例えば、図示しないバッテリ電源の投入によって動作を開始し、図示しない初期ステップにおいて、μＣＯＭ３ａ内のＲＡＭ３ａ−３に形成した各種のエリアの初期設定を行う。

その後、ステップＳ１において、ＣＰＵ３ａ−１は、第１駆動手段として働き、所定角度分、片１ｄがストッパ１ｅから離れる正回転方向に、ステッピングモータ１を回転駆動する第１駆動処理を行う。さらに、ＣＰＵ３ａ−１は、この第１駆動処理中に、無励磁に制御される励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧を検出する電圧検出処理を行う。

この電圧検出処理において、ＣＰＵ３ａ−１は、無励磁に制御されている間、検出コイルとして働く、励磁コイル１ａ１又は１ａ２に接続されたスイッチＳＷ１又はＳＷ２を開制御する。これにより、抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１又は抵抗Ｒ２及びコンデンサＣ２から構成される積分回路によって、無励磁に制御されている間の励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧が積分される。そして、ＣＰＵ３ａ−１は、この積分された両端電圧を取り込む。

第１駆動処理による所定角度の正転が終了すると、ＣＰＵ３ａ−１は、電圧検出処理により検出した両端電圧を基準値としてＲＡＭ３ａ−３内に格納する基準値設定処理を行う（ステップＳ２）。次に、ＣＰＵ３ａ−１は、第２駆動手段として働き、片１ｄがストッパ１ｅに向かう逆転方向に、ステッピングモータ１を回転駆動する第２駆動処理、及び、第２駆動処理中に、無励磁に制御される励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧を検出する電圧検出処理を行う（ステップＳ３）。

この電圧検出処理において、ＣＰＵ３ａ−１は、ステップＳ１における電圧処理と同様に、無励磁に制御されている間、励磁コイル１ａ１又は１ａ２に接続されたスイッチＳＷ１又はＳＷ２を開制御し、これにより積分された励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧を取り込む。

そして、電圧検出処理が行う毎に、検出した両端電圧と、ステップＳ２で設定した基準値との比を求め、求めた比が所定値以下（例えば、５０％〜６０％以下）であるか否かを判断する（ステップＳ４）。所定値より大きければ（ステップＳ４でＮ）、ＣＰＵ３ａ−１は、片１ｄがストッパ１ｅと未当接状態であり、ステッピングモータ１がまだ回転状態にあると判断して、ステップＳ３に戻る。

一方、所定値以下であれば（ステップＳ４でＮ）、ＣＰＵ３ａ−１は、片１ｄがストッパ１ｅと当接して、ステッピングモータ１の回転が機械的に停止されたと判断して、停止手段として働き、第２駆動処理を終了し、次のステップ５に進む。

次のステップ５において、ＣＰＵ３ａ−１は、角度データθｉの入力に応じて、ステッパモータ１を回転駆動する通常駆動処理を行う（ステップＳ３）。そして、この通常駆動処理は、ドライバーによりＩＧスイッチがオフ操作されると終了して、エンドに進む。

以上の指示装置によれば、片１ｄがストッパ１ｅと未当接状態であり、ステッピングモータ１が回転状態であるときに、実際に、検出した励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧を基準値としている。さらに、この基準値と、逆転方向にステッピングモータ１を回転駆動している間に検出した励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧との比が、所定値以下のとき、当接を検出している。

このため、温度や、負荷条件、固体間における検出コイルに発生する誘導電圧のバラツキに合わせた基準を設定して、この基準値に対する変化量によって、正確に当接検出を行うことができる。そして、これにより正確に片１ｄをストッパ１ｅとの当接位置で停止させることができる。

また、ステッピングモータ１を逆転方向に回転駆動して、片１ｄをストッパ１ｅに向かわせる前に、正転に回転駆動することにより、確実に、ステッピングモータが回転状態であるときの励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧を検出することができる。

なお、上述した実施形態では、無励磁に制御されている間に積分された励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧に基づき、当接検出していた。しかしながら、例えば、無励磁に制御されている間に平均された励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧に基づき、当接検出を行うことも考えられる。さらに、積分や平均を行わず、励磁コイル１ａ１又は１ａ２の両端電圧の瞬時値に基づき、当接検出を行うことも考えられる。

また、上述した実施形態では、ステッピングモータ１の回転駆動中に、無励磁に制御された励磁コイル１ａ１又は１ａ２を検出コイルとして流用していた。しかしながら、励磁コイル１ａ１又は１ａ２とは別に検出コイルを設けることも考えられる。

本発明の当接検出方法及びステッピングモータの初期化方法を実施した初期化装置を組み込んだ指示装置を示す図である。 図１に示すＣＰＵ３ａ−１の処理手順を示すフローチャートである。 従来の問題点を説明するためのグラフである。

符号の説明

１ ステッピングモータ
１ａ１、１ａ２ 励磁コイル（検出コイル）
１ｄ 片（被駆動部材）
１ｅ ストッパ
３ａ−１ ＣＰＵ（第１駆動手段、第２駆動手段、当接検出手段、停止手段）

Claims (4)

1. ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルの両端電圧と基準との比較に基づき、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに当接して、前記ステッピングモータの回転が機械的に停止したことを検出する当接検出方法であって、
   前記被駆動部材と前記ストッパとが未当接状態であり、前記ステッピングモータが回転状態にあるときに検出した、前記検出コイルの両端電圧を前記基準として、前記当接検出を行う
   ことを特徴とする当接検出方法。
2. 請求項１記載の当接検出方法であって、
   前記検出コイルの両端電圧に応じた値と前記基準との比が、所定値以下のとき、前記当接を検出する
   ことを特徴とする当接検出方法。
3. ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルを用いて、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパとの当接位置に、強制的に、停止させるステッピングモータの初期化方法であって、
   前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動した後、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動し、
   前記正転方向への回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧と、前記逆転方向への回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧との比較に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接したことを検出し、
   前記当接検出に応じて、前記ステッピングモータの回転駆動を停止する
   ことを特徴とするステッピングモータの初期化方法。
4. ステッピングモータの回転により誘導電圧が発生する検出コイルを用いて、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパとの当接位置に、強制的に、停止させるステッピングモータの初期化装置であって、
   前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動する第１駆動手段と、
   前記第１駆動手段による回転駆動終了後、前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向に、前記ステッピングモータを回転駆動する第２駆動手段と、
   前記第１駆動手段による回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧と、前記第２駆動手段による回転駆動中に検出した前記検出コイルの両端電圧との比較に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接したことを検出する当接検出手段と、
   前記当接検出に応じて、前記第２駆動手段による回転駆動を停止させる停止手段と
   を備えたことを特徴とするステッピングモータの初期化装置。

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