JP2008113491A - ステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供する。
【解決手段】所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータ５の駆動周波数を制御するステッピングモータ５の駆動制御装置において、ステッピングモータ５の共振特性に応じたステッピングモータ５の共振周波数を出力禁止駆動周波数として記憶した記憶手段８と、前記計測値に基づいて指針３を動作させるための指示角を算出するとともにステッピングモータ５の第１の駆動周波数を求め、この算出された第１の駆動周波数が出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数より低い第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定する制御手段７と、を備えたものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば自動車を代表とする車両に搭載される指針式計器に用いられるステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法に関する。

ステッピングモータの駆動制御装置は、所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するものである。ステッピングモータは、ステッピングモータが固有に持っている共振特性（駆動周波数−振動加速度特性）によって振動を発生するものであり、この振動が前記ステッピングモータによって駆動される部品に伝わって、前記部品が共振し、騒音を発生する問題があった。この問題を解決するものとして、前記部品の振動を検出し、検出された振動に応じて周波数を変更し、共振、騒音を防止するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来のステッピングモータの駆動制御装置では、前記部品の振動を検出する検出手段が必要となり、部品点数増加と、この部品点数増加に伴うコストの上昇という問題点があった。そこで、部品の振動を検出する検出手段を用いずに共振、騒音を防止するものとして、駆動周波数が共振周波数の範囲であるときに、ステッピングモータの駆動電流を抑えて、前記ステッピングモータの駆動力を減少させて、共振、騒音を防止するものがあった（例えば、特許文献２参照）。
特開平７−２９８６９１号公報 特開平９−１４０１９３号公報

しかしながら、従来のステッピングモータの駆動制御装置では、駆動電流を制御するために制御が複雑になるという問題点があった。

そこで本発明は、前記の課題に対して対処するため、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記目的を達成するため、所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するステッピングモータの駆動制御装置において、前記ステッピングモータの共振特性に応じた前記ステッピングモータの共振周波数を出力禁止駆動周波数として記憶した記憶手段と、前記計測値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともに前記ステッピングモータの第１の駆動周波数を求め、この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数より低い第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定する制御手段と、を備えてなるものである。

また、本発明は、前記制御手段は、前記指示角を前回値からの差分により求めてなるものである。

また、本発明は、ステッピングモータの共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなるものである。

また、本発明は、所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するステッピングモータの駆動制御方法において、前記ステッピングモータの共振特性に基づいて出力禁止駆動周波数を定め、前記入力値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともに前記ステッピングモータの第１の駆動周波数を求め、この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数以下の第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定するものである。

また、本発明は、前記指示角は、前回値からの差分により求めてなるものである。

また、本発明は、ステッピングモータの共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなるものである。

本発明によれば、所期の目的を達成でき、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

本発明のステッピングモータの駆動制御装置は、所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータ５の駆動周波数を制御するステッピングモータ５の駆動制御装置において、ステッピングモータ５の共振特性に応じたステッピングモータ５の共振周波数を出力禁止駆動周波数として記憶した記憶手段８と、前記計測値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともにステッピングモータ５の第１の駆動周波数を求め、この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数より低い第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定する制御手段７と、を備えてなるものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

また、制御手段７は、前記指示角を前回値からの差分により求めてなるものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができるとともに、所定の周期で入力される計測値を連続した滑らかな指示角とするための指示角算出方法であり、スムーズ且つ振動，騒音の発生を抑制した指針動作を実現することが可能なステッピングモータの駆動制御装置を提供することができる。

また、本発明は、ステッピングモータ５の共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなるものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができるとともに、共振周波数が異なるステッピングモータを用いる場合には、出力禁止駆動周波数を変更するのみで振動，騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置を提供することができる。

また、本発明のステッピングモータの駆動制御方法は、所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するステッピングモータの駆動制御方法において、前記ステッピングモータの共振特性に基づいて出力禁止駆動周波数を定め、前記入力値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともに前記ステッピングモータの第１の駆動周波数を求め、この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数以下の第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定するものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

また、本発明は、前記指示角は、前回値からの差分により求めてなるものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができるとともに、所定の周期で入力される計測値を連続した滑らかな指示角とするための指示角算出方法であり、スムーズ且つ振動，騒音の発生を抑制した指針動作を実現することが可能なステッピングモータの駆動制御方法を提供することができる。

また、本発明は、ステッピングモータ５の共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなるものである。このように構成したことによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータによる振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができるとともに、共振周波数が異なるステッピングモータを用いる場合には、出力禁止駆動周波数を変更するのみで振動，騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータの駆動制御方法を提供することができる。

以下、図面に基づいて本発明によるステッピングモータの駆動制御装置及び駆動制御方法を指針式計器を用いて説明する。

本実施例の指針式計器は、車両の速度を指針で指示表示するものであり、図１、図２に示すように、指標板１と、この指標板１の背後に配置される環状移動部材２と、この環状移動部材２に装着される指針３と、環状移動部材２の背後に配置されるフレーム部材４と、環状移動部材２を回転移動させるステッピングモータ５と、観察者に所定情報を表示する表示装置６とを備えている。

指標板１は、略中央領域に左右の２辺が円弧の変形四角形の貫通孔からなる透視部１１を有し、この透視部１１の外周には、指針３の移動経路に沿って円弧状に配列された文字や目盛等の指標部１２を備えている。

環状移動部材２は合成樹脂からなり、閉じられたリング形状に形成されている。その内周にはステッピングモータ５を通じて駆動される後述する回転部材に噛み合うギヤ列２１を備えている。

指針３は合成樹脂からなり、線状に形成されている。そして、その先端が環状移動部材２の回転中心側を向くように環状移動部材２に装着固定され、環状移動部材２と共に回動して指標部１２を指示する。

フレーム部材４は金属からなり、例えば指標板１の透視部１１及び表示装置６に対応する貫通部４１を有する概略環状の形状である。フレーム部材４は、支持部材４２を備えており、この支持部材４２は、環状移動部材２の内周に接して支持するよう回転方向に間隔を空けて配置されてある。

ステッピングモータ５は、クローポール型構造で２相のコイルを備えたＰＭ型ステッピングモータであり、１−２相励磁方式で駆動されるものである。そして、駆動軸５１がフレーム部材４を通して前方に延びており、回転部材５２を備えている。

回転部材５２は合成樹脂からなり、その外周に環状移動部材２のギヤ列２１に噛み合うギヤ列５３を有し、駆動軸５１と共に回転するよう固定されている。

表示装置６は、例えば液晶表示装置からなり、指標板１の透視部１１に臨むように設けられており、例えば走行距離データや外気温データからなる計測情報やナビゲーション情報等を表示する。

このように構成された本実施例の指針式計器は、ステッピングモータ５の駆動軸５１が計測量に応じて回転するよう設定されており、駆動軸５１の回転によって回転部材５２が回転すると、回転部材５２のギヤ列５３に噛み合うギヤ列２１を有する環状移動部材２が回転移動し、環状移動部材２に設けた指針３が、表示装置６が臨む透視部１１の外周で指標部１２を指示する。

次にステッピングモータ５の駆動制御装置と駆動制御方法について説明する。

ステッピングモータ５の駆動制御装置は、ステッピングモータ５と、制御手段であるマイクロコンピュータ７と、記憶手段８及び駆動回路９とを備えている。

ステッピングモータ５は、本実施例では、２相のコイルを備えたＰＭ型ステッピングモータであるので、２つのコイル５４，５５と、マグネットロータ５６とを備えている。マグネットロータ５６は駆動軸５１で回転自在に支持されている。

マイクロコンピュータ７は、図示しない車両のイグニッションスイッチを介して電源であるバッテリのプラス端子に接続されている。このマイクロコンピュータ７は、後述するフローチャートにで示すコンピュータプログラムを実行し、ステッピングモータ５に接続した駆動回路９を制御する演算処理を行う。

記憶手段８は、ＥＥＰＲＯＭなどの電気的に内容を書き換えることが可能なＲＯＭである。この記憶手段８には、マイクロコンピュータ７が演算処理によって求めた指示角に応じた駆動パターンや出力禁止周波数であるステッピングモータ５の共振周波数を記憶してある。記憶されている駆動パターンは、ステッピングモータ５を駆動する駆動周波数を１００ＰＰＳ（Pulse Per Second）、２００ＰＰＳ、３００ＰＰＳ以後１００毎に１０００ＰＰＳまでである。また、本実施例のステッピングモータ５の共振周波数は、２００ＰＰＳ近辺で顕著であるので、共振周波数として２００ＰＰＳを記憶している。なお、ＥＥＰＲＯＭなどの電気的に内容を書き換えることが可能な記憶手段８を用いることで、ステッピングモータ５の共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更することができる。

駆動回路９は、マイクロコンピュータ７による制御を受けて、コイル５４に正弦波電流を流し、コイル５５に余弦波電流を流すものである。

以下、ステッピングモータ５の駆動制御方法を図４のフローチャート図を用いて説明する。

ステップＳ１で、マイクロコンピュータ７は、前記指針式計器を設けた車両の速度センサからの計測値である入力信号を受信する。

ステップＳ２で、マイクロコンピュータ７は、入力信号の計測値に基づく指針３の振れ角Ｘ_ｉを演算によって求める。

ステップＳ３で、マイクロコンピュータ７は、振れ角Ｘ_ｉと前回の指示角Ｙ_ｉ−１と差分を求めて、指針３の移動する移動角ｙ_ｉを求める。なお、本実施例では、指針３の滑らかな動きを得るために、遅延処理を行っている（Ｎ：遅延定数）。

ステップＳ４で、マイクロコンピュータ７は、ステッピングモータ５の第１の駆動周波数ｆ_ｉを算出する。ｋは単位時間に移動する速度をステッピングモータの駆動周波数に換算する係数である。

ステップＳ５で、マイクロコンピュータ７は、第１の駆動周波数ｆ_ｉがステッピングモータ５の共振周波数である出力禁止周波数Ｆであるかを判定する。第１の駆動周波数ｆ_ｉが出力禁止周波数Ｆではない場合は、ステップＳ６に進み、第１の駆動周波数ｆ_ｉが出力禁止周波数Ｆである場合は、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６で、マイクロコンピュータ７は、第１の駆動周波数ｆ_ｉを駆動周波数として選択し、移動角ｙ_ｉを第１の駆動周波数ｆ_ｉと係数Ｋとによって算出する。なお、Ｋは移動角を求めるための係数である。

ステップＳ７で、マイクロコンピュータ７は、第１の駆動周波数ｆ_ｉとは異なる第２の周波数ｆ_ｉ−Ａに置き換えて、移動角ｙ_ｉを第２の駆動周波数ｆ_ｉ−Ａと係数Ｋとによって算出する。第２の周波数ｆ_ｉ−Ａは第１の駆動周波数ｆ_ｉに比べてＡという値分駆動周波数が小さいものである。具体的には、第１の駆動周波数ｆ_ｉが出力禁止周波数Ｆと同じ２００ＰＰＳの場合、第１の駆動周波数ｆ_ｉより低い第２の周波数ｆ_ｉ−Ａは、記憶している駆動パターンの２００ＰＰＳの一段したの１００ＰＰＳに置き換えて、移動角ｙ_ｉを算出する。

ステップＳ８で、指示角Ｙ_ｉを前回の指示角Ｙ_ｉ−１とステップＳ６またはステップＳ７で算出した指示角ｙ_ｉとの和によって算出する。

ステップＳ８で算出したＹ_ｉは、ステップＳ２で算出した振れ角Ｘ_ｉとは異なる角度である場合があるが、ステップＳ１からステップＳ８の演算処理を繰り返し実行することで、指示角Ｙ_ｉが振れ角Ｘ_ｉに近似していく。

ステップＳ８での処理が終了すると、ステップＳ９にて前記イグニションスイッチがオフが動かを判定し、前記イグニッションスイッチがオフでなければステップＳ１へ戻り、前記イグニッションスイッチがオフであれば処理を終了する。

以上のように、算出された第１の駆動周波数ｆ_ｉが前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、第１の駆動周波数ｆ_ｉが前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数より低いの第２の駆動周波数ｆ_ｉ−Ａに置き換えることによって、部品点数の増加を抑えるとともに、簡単な制御でステッピングモータ５による振動と騒音の発生を抑制することが可能なステッピングモータ５の駆動制御装置及び駆動制御方法を提供することができる。

なお、前記実施例では、ステッピングモータ５は、クローポール型構造で２相のコイルを備えたＰＭ型ステッピングモータであり、１−２相励磁方式で駆動されるものであったが、本発明の実施においては、ＰＭ型のステッピングモータに限定されるものではなく、例えば、ハイブリッド型のステッピングモータを採用してもよい。また、駆動方法も１−２相励磁方式に限定されるものではなく、単相励磁方式や２相励磁方式などでも良い。

本発明の第１実施例の指針式計器の正面図。 図１中、指標板を取り外した際の正面図。 同実施例のステッピングモータの駆動制御装置のブロック図。 同実施例の駆動制御方法を示すフローチャート図。

符号の説明

１ 指標板
２ 環状移動部材
３ 指針
４ フレーム部材
５ ステッピングモータ
６ 表示装置
７ マイクロコンピュータ（制御手段）
８ 記憶手段
９ 駆動回路
１１ 透視部
１２ 指標部
２１ ギヤ列
４１ 貫通部
４２ 指示部材
５１ 駆動軸
５２ 回転部材
５３ ギヤ列（第２のギヤ列）
５４ コイル
５５ コイル
５６ マグネットロータ

Claims (6)

1. 所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するステッピングモータの駆動制御装置において、
   前記ステッピングモータの共振特性に応じた前記ステッピングモータの共振周波数を出力禁止駆動周波数として記憶した記憶手段と、
   前記計測値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともに前記ステッピングモータの第１の駆動周波数を求め、この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数より低い第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定する制御手段と、
   を備えてなることを特徴とするステッピングモータの駆動制御装置。
2. 前記制御手段は、前記指示角を前回の指示角からの差分により求めてなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
3. ステッピングモータの共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなることを特徴とする請求項１に記載のステッピングモータの駆動制御装置。
4. 所定の周期で入力される計測値に基づいてステッピングモータの駆動周波数を制御するステッピングモータの駆動制御方法において、
   前記ステッピングモータの共振特性に基づいて出力禁止駆動周波数を定め、
   前記入力値に基づいて指針を動作させるための指示角を算出するとともに前記ステッピングモータの第１の駆動周波数を求め、
   この算出された前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数であるか否かを判定し、
   前記第１の駆動周波数が前記出力禁止駆動周波数である場合に前記出力禁止駆動周波数以下の第２の駆動周波数に置き換えて前記駆動周波数を決定する
   ことを特徴とするステッピングモータの駆動制御方法。
5. 前記指示角は、前回の指示角からの差分により求めてなることを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータの駆動制御方法。
6. ステッピングモータの共振特性に応じて前記出力禁止駆動周波数を変更してなることを特徴とする請求項４に記載のステッピングモータの駆動制御方法。

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