JP2005143168A - 初期化駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ステッピングモータの脱調リセットを不要な脱調をおこすことなく確実に行なえるようにする。
【解決手段】 ステッピングモータの回転動作に連動して回動される指針4を離零方向へ所定角度(例えば1度)移動するようにステッピングモータを駆動した後に、指針4を帰零方向へ移動するようにステッピングモータを駆動し、ステッピングモータの回転を機械的に停止させるストッパ機構によってステッピングモータの回転が停止されたことを検出して、ステッピングモータの駆動を停止させる。
【選択図】 図6
【解決手段】 ステッピングモータの回転動作に連動して回動される指針4を離零方向へ所定角度(例えば1度)移動するようにステッピングモータを駆動した後に、指針4を帰零方向へ移動するようにステッピングモータを駆動し、ステッピングモータの回転を機械的に停止させるストッパ機構によってステッピングモータの回転が停止されたことを検出して、ステッピングモータの駆動を停止させる。
【選択図】 図6
Description
本発明は、ステッピングモータを指針の駆動源として用いる指示計器において、ステッピングモータの脱調状態をリセットする初期化駆動装置に関する。
ステッピングモータを指針の駆動源として用いる指示計器では、脱調リセットを行なうために、指針を帰零位置に向け回動させストッパ機構によって指針を帰零位置で停止させることで、指針の基準位置を設定している。指針が移動している間すなわちステッピングモータのマグネットロータが回転している間は、界磁巻線に誘起電圧が生ずる。指針が帰零位置で停止しマグネットロータの回転が停止したときは、界磁巻線に誘起電圧が生じない。そこで、ステッピングモータを帰零方向へ駆動する過程において、ステッピングモータの界磁巻線を無励磁状態に切り替え、界磁巻線に生ずる誘起電圧が所定のしきい値電圧以下になったときに指針が帰零位置に達したものと判定し、脱調リセット動作を終了させている。
特開2001−314099号公報
特開2002−250641号公報
特開2003−158894号公報
脱調リセット動作を行なう際は、ステッピングモータの界磁巻線を無励磁状態に切り替える状態を含めた脱調リセット専用の帰零信号でステッピングモータを駆動するため、脱調リセット処理開始時にいきなり指針を零位置方向に帰零させると、脱調リセット専用の帰零信号の影響で、指針が零位置方向に帰零を開始できないことがある。また、指針が既にストッパに当接している状態で脱調リセットを行なうと、新たな脱調をおこすことがある。
本発明はこのような課題を解決するためなされたもので、不要な脱調をおこすことなく脱調リセットを確実に行なえるようにした初期化駆動装置を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため本発明に係る初期化駆動装置は、ステッピングモータの回転動作に連動して回動される指針を離零方向へ所定角度移動するようにステッピングモータを駆動した後に、指針を帰零方向へ移動するようにステッピングモータを駆動し、ステッピングモータの回転を機械的に停止させるストッパ機構によってステッピングモータの回転が停止されたことを検出して、ステッピングモータの駆動を停止させる。
本発明に係る初期化駆動装置は、指針を帰零方向へ強制的に移動させるに先立って、指針を所定角度だけ離零方向へ移動させるので、指針をスムーズ且つ確実に零位置方向へ移動させることができる。また、指針が既にストッパに当接している状態であっても、指針を帰零方向へ移動させることができる。したがって、ストッパ機構によってステッピングモータの回転が停止されたことを的確に検出できる。
以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。
図1は本発明に係る初期化駆動装置を備えた指示計器の模式構造およびブロック構成を示す図である。本実施例では、指示計器として車両用のスピードメータ(車速計)について説明する。指示計器1は、2相式のステッピングモータ2と、減速ギア機構3を介して回動される指針4と、指針4の回動を停止させるストッパ機構5と、CPU部6と、誘起電圧検出回路7とからなる。指示計器1はバッテリ8から電源の供給を受けて動作する。CPU部6は電源回路等を備えている。CPU部6は、イグニッションスイッチ9がオン状態にあるときは、車速センサ10の検出出力に基づいてステッピングモータ2を駆動し、図示しない目盛盤の車速に対応した目盛位置に指針4を回動させる。
ステッピングモータ2は、S相コイル(界磁巻線)21とC相コイル(界磁巻線)22とを備えるステータ(図示しない)と、マグネットロータ23とを備える。マグネットロータ23の外周面には、N極とS極とが交互に多数着磁されている。
減速ギア機構3は、入力段ギア31と、第1の中間ギア32と、第2の中間ギア33と、出力段ギア34とを備える。マグネットロータ23の回転は入力段ギア31へ伝達され、各中間ギア32,33を介して出力段ギア34へ伝達される。出力段ギア34の回動に伴って指針4が回動される。
ストッパ機構5は、出力段ギア34に取り付けられたストッパ部材51と、ストッパ部材51が当接することで指針4の帰零方向への回動を阻止する係止アーム52とから構成している。なお、ストッパ機構5は、図示しない目盛盤に突起を設け、この突起に指針4が当接することで、指針4の帰零方向への回動を阻止する構造でもよい。ストッパ機構5によって指針4の帰零方向への回動が阻止された状態では、各ギア31〜34およびマグネットロータ23の回動も阻止される。
CPU部6は、マイクロコンピュータシステムを用いて構成されており、車速指示制御手段61と、PWM信号生成手段62と、PWM信号の出力回路63と、脱調リセット動作を制御する帰零処理手段64等を備える。
車速指示制御手段61は、イグニッションスイッチ9がオン状態にあるときに、車速センサ10から供給される車速信号に基づいて指針4の回動方向および回動角度を演算し、PWM信号生成手段62を介してステッピングモータ2を駆動し、図示しない目盛盤の車速に対応した目盛位置に指針4を回動させる。
PWM信号生成手段62は、S相コイル21の一端側および他端側に供給する擬似正弦波の各PWM信号、ならびに、C相コイル22の一端側および他端側に供給する擬似余弦波の各PWM信号を生成する。PWM信号生成手段62によって生成された4系統のPWM信号は、出力回路63を介して各出力ポートP1〜P4へ供給される。
出力回路63は、高レベル(電源電圧レベル)の電圧を出力するトランジスタ等のスイッチング素子と、グランドレベルの電圧を出力するトランジスタ等のスイッチング素子とが電源に対して直列に接続された回路が、各出力ポートP1〜P4に対応してそれぞれ設けられている。この出力回路63は、各スイッチング素子をともにオフ状態に駆動することで、出力ポートを開放(高インピーダンス)状態にすることができる。
本実施例では、出力ポートP1からSin+側のPWM信号Sin+が出力され、このSin+側のPWM信号Sin+はS相コイル21の一端側に供給される。出力ポートP2からSin−側のPWM信号Sin−が出力され、このSin−側のPWM信号Sin−はS相コイル21の他端側に供給される。出力ポートP3からCos+側のPWM信号Cos+が出力され、このCos+側のPWM信号Cos+はC相コイル22の一端側に供給される。出力ポートP4からCos−側のPWM信号Cos−が出力され、このCos−側のPWM信号Cos−はC相コイル22の他端側に供給される。
帰零処理手段64は、イグニッションスイッチ9がオフに操作されたとき、およびイグニッションスイッチ9がオンに操作されたとき、ならびに、バッテリ8が接続されたときに、指針4を零(基準)位置に復帰させる処理(脱調リセット処理)を行なう。帰零処理手段64は、C相コイル22の一端側を開放状態に制御する出力ポート開放制御手段65と、誘起電圧検出回路7の出力に基づいてマグネットロータ23の回転が停止されたことを検出し、これにより指針4が零(基準)位置に復帰したと判定する帰零判定手段66を備える。
誘起電圧検出回路7は、C相コイル22に誘起された誘起電圧に重畳されている高周波ノイズ成分を軽減または除去するための低域通過特性を有するフィルタ回路71と、誘起電圧と予め設定したしきい値電圧とを比較して2値出力を発生する電圧比較器72とを備える。電圧比較器72の2値出力は、入力ポートP5を介してCPU部6内の帰零処理手段64へ供給される。
図2はPWM信号の説明図であり、(a)はSin+側のPWM信号Sin+を示し、(b)はSin−側のPWM信号Sin−を示し、(c)はS相コイルに印加される信号を示している。(d)はCos+側のPWM信号Cos+を示し、(e)はCos−側のPWM信号Cos−を示し、(f)はC相コイルに印加される信号を示している。
本実施例では、デューティ比が0パーセントの期間(Lレベルの期間)と、デューティ比が50パーセントの期間(パルス状に示した期間)と、デューティ比が100パーセントの期間(Hレベルの期間)との3段階を用いることで、S相コイル21に略正弦波形の信号が供給され、C相コイル22に略余弦波形の信号が供給されるようにしている。
指針4を離零方向に回動させる場合には、図2に示した電気角が増加する方向に各PWM信号が生成・出力され、指針4を帰零方向に回動させる場合には、図2に示した電気角が減少する方向に各PWM信号が生成・出力される。
本実施例では、誘起電圧の検出をC相側の各PWM信号Cos+,Cos−がともにLレベル(グランドレベル)となる期間、すなわち、図2に示した電気角が90度から45度の範囲で行なう。より具体的には、誘起電圧の検出を図2に示した電気角が90度から67.5度の範囲で行なう。
図1に示した出力ポート開放制御手段65は、図2に示した電気角が90度になった時点でPWM信号Cos+を出力する出力ポートP3を高インピーダンスに制御する。これにより、C相コイル22の一端側が開放(オープン)状態となる。マグネットロータ23が回動していれば、その回転速度に応じて磁束変化が発生しているので、磁束変化に応じて誘起電圧がC相コイル22に発生する。
図3は誘起電圧検出回路の動作を説明する図である。(a)はC相コイル22に発生した誘起電圧の波形を示し、(b)はフィルタ回路71の出力を示し、(c)は電圧比較器72の出力を示す。図3(a)に示すように、誘起電圧には高周波のノイズが重畳されていることがあるが、フィルタ回路71によってノイズが除去される。電圧比較器72は、図3(b)に示すノイズが除去された誘起電圧と予め設定したしきい値電圧とを比較し、図3(c)に示すように誘起電圧がしきい値電圧を越えている期間はHレベルの出力を発生する。
図4は誘起電圧検出のタイミングチャートである。(a)はS相側のPWM信号Sin+を示し、(b)は出力ポートP3の開放期間を示している。(c)は指針が回動中である場合の誘起電圧を示し、(d)は指針が回動中である場合の電圧比較器の出力を示している。(e)は指針が停止している場合の誘起電圧を示し、(f)は指針が停止している場合の電圧比較器の出力を示している。
指針4を帰零方向に回動するようにステッピングモータ2を駆動している状態で、電気角が90度から67.5度までの間、出力ポートP3の高インピーダンス状態にして、C相コイル22の一端側を開放状態にする。なお、本実施例では、指針の帰零処理時には電気角45度を2ミリ秒で駆動しているので、出力ポートP3を高インピーダンス状態にする時間は1ミリ秒である。
図4(c)および図4(e)で点線はC相側のPWM信号Cos+を示しており、誘起電圧は実線で示している。C相コイル22には、出力ポートP3の開放に伴う過渡電圧が一時的に生ずることがあるが、その後はマグネットロータ23の回動に伴う磁束変化に応じた誘起電圧が発生する。図4(c)に示すように、指針が帰零途中にあり、マグネットロータ23が回動している状態では、磁束変化に応じた誘起電圧が発生し、その誘起電圧はしきい値電圧を越えるので、図4(d)に示すように、電圧比較器72の出力はHレベルとなる。
図1に示した帰零判定手段66は、出力ポートP3の開放を停止する直前のタイミングで電圧比較器72の出力を取り込む。なお、帰零判定手段66は、出力ポートP3の開放期間の後半において、電圧比較器72の出力を所定の時間間隔で複数回に亘って取り込むようにしてもよい。帰零判定手段66は、電圧比較器72の出力がHレベルである場合は、指針4が回動中であるものと判断し、帰零処理を継続する。
指針の回動がストッパ機構5によって停止され、マグネットロータ23の回動も停止している状態では、磁束変化が生じない。そのため、図4(e)に示すように、誘起電圧は発生しないので、図4(f)に示すように、電圧比較器72の出力はLレベルとなる。
図1に示した帰零判定手段66は、出力ポートP3の開放を停止する直前のタイミングで電圧比較器72の出力を取り込み、Lレベルであれば指針4が帰零位置に復帰したものと判断し、ステッピングモータ2の駆動を停止する。
図5は帰零処理(脱調リセット処理)のフローチャートである。帰零処理手段64は、PWM信号生成手段62を介して初期角度のPWM信号(ステッピングモータ駆動信号)を所定時間(例えば100ミリ秒)に亘って出力させる(ステップS1)。次に、帰零処理手段64は、指針を離零させる方向にステッピングモータ2を駆動し、指針を1度分だけ上昇させる(ステップS2)。次に、帰零処理手段64は、指針4を帰零させる方向にステッピングモータ2を駆動する(ステップS3)。そして、Sin+側のPWM信号を出力しているタイミングで、Cos+側の出力ポートP3を開放(高インピーダンス)状態にする(ステップS4,S5)。入力ポートP5から誘起電圧検出出力(電圧比較器72の出力)を取り込み(ステップS6)、その論理レベルがHレベルであれば指針回動中であると判定し(ステップS7,S8)、Cos+側の出力ポートP3をPWM信号の出力状態に戻して(ステップS9)、指針の帰零方向への駆動を継続する。ステップS7で誘起電圧検出出力(電圧比較器72の出力)がLレベルであれば、指針が零位置に復帰したものと判断し(ステップS10)、Cos+側の出力ポートP3をPWM信号の出力状態に戻し(ステップS11)、ステッピングモータの駆動を停止する(ステップS12)。
図6は帰零処理(脱調リセット処理)時の指針の動きを示す図である。図6(a)は帰零処理を開始する前の指針4の位置を示している。帰零処理が開始されると、図6(b)に示すように、指針4は離零方向へ1度分上昇された後に、図6(c)に示すように、指針4は帰零方向へ移動される。そして、ストッパ機構5によって指針4の帰零方向への回動(ステッピングモータの回動)が停止されたことが検出されると、ステッピングモータ2の帰零方向への駆動が停止される。これにより、指針4は図示しない目盛盤の車速0の目盛位置を指し示す。
なお、指針を1度分離零させた後に指針を帰零させる例を示したが、帰零開始に先立って指針を離零方向へ移動する角度は、ステッピングモータのステップ角やステッピングモータの駆動方式等に対応して適宜な角度に設定することができる。
なお、本実施例では、C相コイル22の一端側を開放状態にし、C相コイル22を誘起電圧検出用コイルとして利用する場合を示したが、S相コイル21の一端側を開放状態にし、S相コイル21側で誘起電圧を検出するようにしてもよい。なお、その場合は、S相コイル21が無励磁となるタイミングで、S相コイル21の一端側を開放状態にする。これにより、ステッピングモータ2の駆動に影響を与えることなく、誘起電圧を検出して指針4が回動中であるか停止状態にあるかを検知できる。
1 指示計器
2 ステッピングモータ
3 減速ギア機構
4 指針
5 ストッパ機構
6 CPU部
7 誘起電圧検出回路
21 S相コイル(界磁巻線)
22 C相コイル(界磁巻線)
23 マグネットロータ
62 PWM信号生成手段
63 出力回路
64 帰零処理手段
65 出力ポート開放制御手段
66 帰零判定手段
72 電圧比較器
2 ステッピングモータ
3 減速ギア機構
4 指針
5 ストッパ機構
6 CPU部
7 誘起電圧検出回路
21 S相コイル(界磁巻線)
22 C相コイル(界磁巻線)
23 マグネットロータ
62 PWM信号生成手段
63 出力回路
64 帰零処理手段
65 出力ポート開放制御手段
66 帰零判定手段
72 電圧比較器
Claims (1)
- ステッピングモータの回転動作に連動して回動される指針を離零方向へ所定角度移動するように前記ステッピングモータを駆動した後に、前記指針を帰零方向へ移動するように前記ステッピングモータを駆動し、前記ステッピングモータの回転を機械的に停止させるストッパ機構によって前記ステッピングモータの回転が停止されたことを検出して、前記ステッピングモータの駆動を停止させることを特徴とする初期化駆動装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003375143A JP2005143168A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 初期化駆動装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003375143A JP2005143168A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 初期化駆動装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005143168A true JP2005143168A (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=34686589
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003375143A Pending JP2005143168A (ja) | 2003-11-05 | 2003-11-05 | 初期化駆動装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-11-05 JP JP2003375143A patent/JP2005143168A/ja active Pending
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