JP3665357B2 - ステッピングモータを駆動する方法と装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ステッピングモータを駆動する方法と装置、さらに詳細には少なくとも２つの駆動相と、少なくとも１つの駆動信号を発生するコンピュータユニットとを有するステッピングモータを駆動する方法並びに装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車技術の分野においては、調節装置を駆動するためにまた制御の目的のために、例えば内燃機関のアイドリング制御あるいは出力制御を行うための出力調節部材の調節に関連してステッピングモータが使用されている。
【０００３】
ステッピングモータは通常少なくとも２つの駆動相を有し（２相ステッピングモータ）、ステッピングモータの給電はそれぞれ少なくとも２つの完全ブリッジ型出力段によって行なわれる。ステッピングモータを駆動するためのこの完全ブリッジ型出力段の駆動は、それぞれの駆動方向についてそれぞれ互いに９０°位相ずれした少なくとも２つの矩形信号によって行われる。駆動がコンピュータユニット、例えばマイクロコンピュータに基づいて行われる場合には、それに従ってステッピングモータ用のこの種の完全ブリッジ型出力段を駆動するためにコンピュータユニットには４つまでの出力端子が使用される。
【０００４】
これは、コンピュータの出力端子の使用および制御プログラムに関して好ましくない高コストをもたらしてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ステッピングモータ駆動のためのコストを大幅に削減することが可能な手段を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明によれば、
少なくとも２つの駆動相と、少なくとも１つの駆動信号を発生させるコンピュータユニットとを有するステッピングモータを駆動する方法において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号をステッピングモータの各相用の駆動信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定される構成により解決される。
【０００７】
更に、本発明によれば、この課題を解決するために、
少なくとも１つの駆動信号を発生するコンピュータユニットを有するステッピングモータを駆動する装置において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号を少なくとも２相のステッピングモータを駆動するパルス信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定される構成が採用されている。
【０００８】
【作用】
このように、本発明によれば、駆動論理回路が設けられ、その駆動論理回路にコンピュータユニットの駆動信号が供給され、駆動論理回路はステッピングモータのそれぞれの移動方向について互いに９０°位相ずれした少なくとも２つの駆動信号を発生する。
【０００９】
本発明によれば、単にコンピュータユニットの一つの出力端子が占有されるだけであるという利点が得られる。
【００１０】
さらに利点なのは、コンピュータユニットの制御プログラムが著しく簡略化されることである。というのは本発明の構成により駆動信号を設定することによって回転方向も駆動も配慮されるからである。
【００１１】
本発明構成が内燃機関の出力制御に関連したステッピングモータの駆動に使用されると、特に好ましくなる。
【００１２】
さらに本発明の駆動論理回路は、集積可能な安価な装置となっている。
【００１３】
本発明の好ましい実施例によれば、駆動論理回路はコンピュータユニットの駆動信号を９０°位相ずれしたステッピングモータ各相用の駆動信号に変換し、駆動論理回路は、コンピュータユニットの駆動信号を反転させることによって９０°の位相ずれを形成する。その場合、ステッピングモータの駆動方向はコンピュータユニットの駆動信号の初期位置ないし開始レベルによって決定される。
【００１４】
コンピュータユニットの駆動信号は、高い信号レベルあるいは低い信号レベルあるいは一定の周波数の矩形信号となることができる。コンピュータユニットの駆動信号は、アナログ信号に変換されて、第１の相に対してはパルス形成手段に直接に、第２の相に対しては反転して供給され、その場合パルス形成手段は矩形信号が存在する場合にアクティブにされ、信号レベルが一定の場合には非アクティブにされ、かつアクティブの場合には少なくとも１つの出力にステッピングモータを駆動するパルス状の信号を発生する。
【００１５】
本発明によれば、ステッピングモータを用いて、好ましくはアイドリング制御に関連して自動車エンジンの出力調節部材が操作される。
【００１６】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１には２相ステッピングモータを有する制御システムが図示されている。同図において符号１０はコンピュータユニット、特にマイクロコンピュータであり、１２は本発明を実施するための駆動論理回路であり、１４と１６はステッピングモータの各相用の完全ブリッジ型出力段（４つのトランジスタを用いたブリッジ回路による駆動回路）であり、１８はステッピングモータ自体を示している。
【００１８】
コンピュータユニット１０には測定装置２４〜２６から入力線２０〜２２が導かれている。コンピュータユニット１０の出力２８を介して駆動論理回路１２の入力３２まで導線３０が導かれている。この入力３２には駆動論理回路１２の接続点３４へ到る抵抗Ｒ１が接続され、この接続点３４には接地されたコンデンサＣが接続されている。さらに入力３２には抵抗Ｒ２が接続され、この抵抗Ｒ２は駆動論理回路１２の接続点３６と結合され、この接続点には駆動論理回路１２の電源電圧Ｕｃｃが接続されている。さらに入力３２から接続線３８がフリップフロップＦＦ２のクロック入力ＣＬＫ２へ導かれ、かつインバータＩを介してフリップフロップＦＦ１のクロック入力ＣＬＫ１へ導かれている。駆動論理回路１２の接続点３６は抵抗Ｒ３を介して接続点４０へ導かれており、比較器Ｋ１の正の入力がこの接続点４０と接続されている。さらに接続点４０は他の抵抗Ｒ４を介して接続点４２へ導かれ、第２の比較器Ｋ２の負の入力がこの接続点４２と接続されている。
【００１９】
接続点４２は抵抗Ｒ５を介してアースへ導かれている。比較器Ｋ１の負の入力と比較器Ｋ２の正の入力は接続線４４を介して駆動論理回路１２の接続点３４に接続されている。駆動論理回路１２の接続点３６はさらに抵抗Ｒ６を介して接続点４６へ導かれており、接続点４６には比較器Ｋ１とＫ２の出力が接続されている。接続点４６は導線４８を介してまずフリップフロップＦＦ１のリセット入力ＣＬＲ１へ導かれ、さらにフリップフロップＦＦ２のリセット入力ＣＬＲ２へ導かれている。出力Ｑ１は駆動論理回路１２の出力５０と接続され、一方フリップフロップＦＦ１の反転出力は駆動論理回路１２の出力５２と接続されている。ＦＦ２の出力Ｑ２は駆動論理回路１２の出力５４と接続され、フリップフロップＦＦ２の反転出力は駆動論理回路１２の出力５６と接続されている。念のために、図１には、駆動論理回路をアースと接続させる他の端子５８が図示されている。
【００２０】
駆動論理回路１２の出力５０は導線６０を介して完全ブリッジ型出力段１４と接続され、出力５２は導線６２を介して完全ブリッジ型出力段１４と接続されている。同様にして出力５４は導線６４を介して、また出力５６は導線６６を介して完全ブリッジ型出力段１６と接続されている。完全ブリッジ型出力段は、市販の素子、例えば素子ＴＬＥ４２０２Ｂであって、図１には不図示の上述の方法で接続されている。完全ブリッジ型出力段１４と１６には概略図示するステッピングモータ１８が接続されている。その場合、導線６８は出力回路１４からステッピングモータの第１相巻線７０を介して完全ブリッジ型出力段１４に戻され、一方導線７２は完全ブリッジ型出力段１６から第２相巻線７４を介して完全ブリッジ型出力段１６に戻されている。
【００２１】
完全ブリッジ型出力段１４と１６の代わりにユニポーラのステッピングモータに関連して単独駆動回路を設けることもできる。従って好ましい他の実施例においては、本発明の構成はユニポーラ及びバイポーラのステッピングモータに関連して使用することができる。さらに好ましい実施例においては本発明の構成は多相のステッピングモータとの関連においても使用することができる。
【００２２】
図１に示すシステムは好ましい実施例においては、自動車エンジンの出力調節部材の調節に使用することができる。この種の出力調節部材は内燃機関の吸気系内に配置された絞り弁あるいはディーゼルエンジンのコントロールロッド（コントロールラック）とすることができる。その場合に出力調節部材の調節は、好ましい実施例においてはアイドリング回転数制御のために、他の好ましい実施例においては電子アクセルペダルシステムにおいて運転者により作動される操作部材（アクセルペダル）の位置によって設定される運転者の要求に従った調節のために、さらにトラクションコントロールないしはエンジン制動トルク制御を実施するため、あるいは車速制御のために使用される。
【００２３】
次に本装置の原理的な機能をアイドリング回転数制御の例で説明する。同様に図１に示す装置の機能は上述の他の好ましい応用例においても得られる。
【００２４】
コンピュータユニット１０は、導線２０〜２２を介して供給される、測定装置２４〜２６によって検出された運転パラメータに基づいてアイドリング回転数の目標値を定める。従来技術から知れているように、この運転パラメータは好ましくはバッテリ電圧、車速、エンジン回転数、エンジン温度、エアコンスイッチ、ギヤ位置などである。形成された回転数目標値が検出されたエンジン回転数と関連づけられて、実際回転数の目標回転数からのずれを示す量が求められる。このずれ量は制御プログラムに従ってステッピングモータを調節するステップ数に変換される。さらに偏差の符号から、ステッピングモータを第１の移動方向に調節すべきかあるいは第２の移動方向に調節すべきか、すなわち正転か逆転かのステッピングモータの駆動方向が定められる。
【００２５】
対応する情報はマイクロコンピュータによって出力２８に出力すべきクロック信号Ｔ0に変換される。その場合、実際回転数を目標回転数になるように調節して偏差を減少させるために求められたステップ数がパルス数に変換され、一方ステッピングモータの調節方向に関する情報は、出力すべきパルス信号の基礎になるクロック信号Ｔ0の一定の信号レベルに反映される。パルス信号Ｔ0は導線３０を介して駆動論理回路１２の入力３２へ伝達され、そこで上述の回路装置によって９０°位相ずれしたステッピングモータ１８の駆動信号に変換される。
【００２６】
この駆動パルスが駆動論理回路１２の出力５０と５４に出力され、一方出力５２と５６にはそれぞれ反転信号が出力される。これらの信号によって完全ブリッジ型出力段１４ないし１６が駆動されるので、巻線７０と７４には９０°位相ずれした電流パルスが流れる。それによってステッピングモータ１８およびステッピングモータと接続された調節部材がステッピングモータの構造によって定まるステップ幅でパルス数に従って調節される。その場合、ステッピングモータの移動方向は駆動信号の位相ずれ、すなわち正か負かに関係する。
【００２７】
駆動論理回路１２の機能を図２に示す信号特性を用いて説明する。その場合に図２（ａ）から（ｅ）にはそれぞれ水平に時間が記載されている。
【００２８】
図２（ａ）はコンピュータユニット１０の出力２８に現れるクロック信号Ｔ0を示し、図２（ｂ）はコンデンサＣに印加される電圧信号Ｕ１を示す。図２（ｃ）には導線４８に現れる比較器出力Ｋの信号を示し、図２（ｄ）と（ｅ）は駆動論理回路１２の出力５０と５４に現れる信号Ａ１とＡ２を示す。その場合に最初の領域においてはステッピングモータ１８の正転駆動が、第２の領域ではステッピングモータ１８の逆転駆動が示されている。
【００２９】
クロック信号Ｔ0は、３つの状態をとることができるように形成されている。まず低いレベルに不変に留まることができ、また高い信号レベルに不変に留まることができる。さらに一定の周波数と例えば５０％のパルスデューティー比を有する矩形信号の状態となる。上述の制御プログラムに従ってコンピュータユニット１０から出力されるこのクロック信号は駆動論理回路において、Ｒ１とＣから形成されるローパスフィルタによってアナログ電圧Ｕ１に変換される。その場合、クロック信号のレベルが一定で低い場合には、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５からなる分圧器によって比較器Ｋ２の負の入力に形成される電圧Ｕ３より小さい一定の電圧が得られる。クロック信号が一定周波数の矩形信号である場合には、信号Ｕ１は上述の値Ｕ３と、分圧器Ｒ３、Ｒ４およびＲ５により比較器Ｋ１の正の入力に形成される値Ｕ２間の電圧値を有するほぼ鋸歯状電圧となる。クロック信号Ｔ0のレベルが一定で高い場合には、上述の電圧値Ｕ２より大きいレベルを有する電圧Ｕ１が発生する。
【００３０】
信号レベルを設定することによって比較器Ｋ１とＫ２の出力は、可能な３つの状態のそれぞれにおいて所定の値となる。クロック信号が一定の低い信号レベルである場合には、比較器Ｋ１の出力信号は低い信号レベルになり、比較器２の出力信号は高い信号レベルとなる。結合点４６において比較器の２つの出力信号がアンドの論理で結合されるので、導線４８における信号Ｋは低い信号レベルを有する。
【００３１】
クロック信号が一定の高い信号レベルを有する場合には、比較器Ｋ１の出力は高いレベルを有し、比較器Ｋ２の出力は低い信号レベルを有するので、結果として信号値Ｋは低いレベルとなる。クロック信号が矩形信号を示す場合には、電圧Ｕ１は値Ｕ２とＵ３の間にあるので、両比較器の２つの出力は高い信号レベルを有し、従って得られる値Ｋも同様に高い信号レベルとなる。その後信号Ｋは信号端でトリガーされる２つのフリップフロップＦＦ１とＦＦ２のリセット入力へ供給される。クロック信号Ｔ0自体は導線３８を介してフリップフロップＦＦ２のクロック入力へ供給され、かつインバータＩを介してフリップフロップＦＦ１のクロック入力へ供給される。信号端でトリガーされるフリップフロップは、低い信号レベルＫによりフリップフロップがリセットされ、出力Ｑ１ないしＱ２、従って出力Ａ１とＡ２に低いレベルが得られるように接続されている。それによってステッピングモータは現位置に保持される。
【００３２】
信号レベルＫが高いレベルに変化すると、フリップフロップのクロック入力がイネーブルになり、その場合フリップフロップＦＦ１はインバータＩが接続されていることによりクロック信号Ｔ0のクロック立ち下がり端で変化し、一方フリップフロップＦＦ２はクロック信号Ｔ0のクロック立上り端で変化する。それによって駆動論理回路１２の出力Ａ１とＡ２には図２（ｄ）と（ｅ）に示すように、９０°位相ずれした出力矩形信号Ａ１とＡ２が出力される。この矩形信号はステッピングモータの駆動に用いられ、それによってステッピングモータは所定のステップ幅で駆動される。
【００３３】
Ａ１とＡ２間の位相位置の符号（＋９０°あるいは−９０°）はクロック信号の初期状態によって決定される。言葉を換えると、ステッピングモータの移動方向は、一定周波数の矩形信号の出力前のクロック信号Ｔ0の開始レベルに基づいて定められる。クロック信号Ｔ0が高い信号レベルからスタートした場合には、最初の立上り端部がフリップフロップＦＦ１にトリガーをかけるので、信号Ａ１は信号Ａ２の前に形成され、従って＋９０°の位相ずれが得られる。クロック信号が低い信号レベルからスタートした場合には、最初の立上り端がフリップフロップＦＦ２のリセット入力にかかる。これは、出力信号Ａ２が出力信号Ａ１の前に得られ、従って２つの駆動信号間に−９０°の位相ずれが発生することを意味する。それによってステッピングモータは２つの移動方向に制御される。
【００３４】
図２（ａ）においてクロック信号Ｔ0はまず低い信号レベルを有する。その後所定の周期Ｔを有する矩形信号状の６つのパルスが出力され、高い信号レベルで終了する。その後新たにパルスが送出され、再び高い信号レベルで終了する。次の状態においてはクロック信号の一定の信号レベルが高い信号レベルから低い信号レベルへ、そして再び高い信号レベルへ変化する。電圧Ｕ１のそれに対応した信号特性が図２（ｂ）に示されている。クロック信号の最初のパルスが発生するまでは信号Ｕ１の信号レベルはＵ３より低い。その後パルス期間では、Ｕ２とＵ３間の範囲で電圧形状は鋸歯状になる。クロック信号が高いレベルになると、コンデンサが充電されて電圧はＵ２を越えて電源電圧Ｕｃｃの近傍になる。その後の矩形パルスで電圧Ｕ１は鋸歯状電圧の形状でＵ２とＵ３間の値に低下し、一方次の信号レベルが高くなるとコンデンサが再びＵ２より大きい電圧に充電される。クロック信号の信号レベル状態が高いレベルから低いレベルへ変化すると、コンデンサが放電するので、電圧はまたＵ３より低くなる。次にレベルが変化するとコンデンサはまたＵ２を越える電圧まで充電される。
【００３５】
図２（ｃ）に示す信号Ｋは上述の説明に従って電圧Ｕ３を越えると、電圧Ｕ２を越えた場合と同様に、低いレベルから高いレベルへないし高いレベルから低いレベルへ変化する。それによって矩形信号が出力されると最初のレベル変化が生じ、一方矩形信号がなくなると第２の信号レベル変化が発生し、また新たなスタートの際には新たな信号レベル変化が発生する。信号Ｋはクロック信号の一定のレベルが変化する場合にも同様に推移する。上述したようにフリップフロップのクロック入力は信号Ｋの信号レベルが高い場合にイネーブルになる。従って信号Ｋの高い信号レベルの第１の期間の間にパルス状の出力信号Ａ１とＡ２が発生する。その場合信号Ａ２は信号Ａ１より９０°前に位置する。というのはクロック信号の最初の信号端変化は最初の立ち下がり端であるので、最初フリップフロップＦＦ２の信号レベルが変化するからである。この期間においてステッピングモータの正転駆動が行われる。
【００３６】
同様にして逆転駆動される場合には信号Ｋの信号レベルが正になる第２の期間の間にクロック信号Ｔ0に基づいて出力信号Ａ１とＡ２が発生する。回転方向を変化させるために信号Ｔ0の信号レベルの状態が変化する場合には、信号Ｋの信号レベルが高い間クロック信号が現れないので、出力Ａ１とＡ２は低い信号レベルになっており、ステッピングモータは駆動されない。
【００３７】
他の好ましい実施例においては逆の制御特性で回路技術的な実現を図るのが好ましい。
【００３８】
さらに閉ループ位置制御のステッピングモータの駆動に使用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低い信号レベル、高い信号レベル、それに一定の周波数の矩形信号の各状態を有する単一の駆動信号から、ステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、その場合、ステッピングモータの回転方向を、一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決めるようにしている。したがって、本発明では、単にコンピュータユニットの一つの出力端子が占有されるだけであり、ステッピングモータの駆動のためにかかるコストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する回路装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を説明するための特徴的な信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ コンピュータユニット
１２ 駆動論理回路
１４、１６ 完全ブリッジ型出力段
１８ ステッピングモータ
【産業上の利用分野】
本発明は、ステッピングモータを駆動する方法と装置、さらに詳細には少なくとも２つの駆動相と、少なくとも１つの駆動信号を発生するコンピュータユニットとを有するステッピングモータを駆動する方法並びに装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車技術の分野においては、調節装置を駆動するためにまた制御の目的のために、例えば内燃機関のアイドリング制御あるいは出力制御を行うための出力調節部材の調節に関連してステッピングモータが使用されている。
【０００３】
ステッピングモータは通常少なくとも２つの駆動相を有し（２相ステッピングモータ）、ステッピングモータの給電はそれぞれ少なくとも２つの完全ブリッジ型出力段によって行なわれる。ステッピングモータを駆動するためのこの完全ブリッジ型出力段の駆動は、それぞれの駆動方向についてそれぞれ互いに９０°位相ずれした少なくとも２つの矩形信号によって行われる。駆動がコンピュータユニット、例えばマイクロコンピュータに基づいて行われる場合には、それに従ってステッピングモータ用のこの種の完全ブリッジ型出力段を駆動するためにコンピュータユニットには４つまでの出力端子が使用される。
【０００４】
これは、コンピュータの出力端子の使用および制御プログラムに関して好ましくない高コストをもたらしてしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、ステッピングモータ駆動のためのコストを大幅に削減することが可能な手段を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、本発明によれば、
少なくとも２つの駆動相と、少なくとも１つの駆動信号を発生させるコンピュータユニットとを有するステッピングモータを駆動する方法において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号をステッピングモータの各相用の駆動信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定される構成により解決される。
【０００７】
更に、本発明によれば、この課題を解決するために、
少なくとも１つの駆動信号を発生するコンピュータユニットを有するステッピングモータを駆動する装置において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号を少なくとも２相のステッピングモータを駆動するパルス信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定される構成が採用されている。
【０００８】
【作用】
このように、本発明によれば、駆動論理回路が設けられ、その駆動論理回路にコンピュータユニットの駆動信号が供給され、駆動論理回路はステッピングモータのそれぞれの移動方向について互いに９０°位相ずれした少なくとも２つの駆動信号を発生する。
【０００９】
本発明によれば、単にコンピュータユニットの一つの出力端子が占有されるだけであるという利点が得られる。
【００１０】
さらに利点なのは、コンピュータユニットの制御プログラムが著しく簡略化されることである。というのは本発明の構成により駆動信号を設定することによって回転方向も駆動も配慮されるからである。
【００１１】
本発明構成が内燃機関の出力制御に関連したステッピングモータの駆動に使用されると、特に好ましくなる。
【００１２】
さらに本発明の駆動論理回路は、集積可能な安価な装置となっている。
【００１３】
本発明の好ましい実施例によれば、駆動論理回路はコンピュータユニットの駆動信号を９０°位相ずれしたステッピングモータ各相用の駆動信号に変換し、駆動論理回路は、コンピュータユニットの駆動信号を反転させることによって９０°の位相ずれを形成する。その場合、ステッピングモータの駆動方向はコンピュータユニットの駆動信号の初期位置ないし開始レベルによって決定される。
【００１４】
コンピュータユニットの駆動信号は、高い信号レベルあるいは低い信号レベルあるいは一定の周波数の矩形信号となることができる。コンピュータユニットの駆動信号は、アナログ信号に変換されて、第１の相に対してはパルス形成手段に直接に、第２の相に対しては反転して供給され、その場合パルス形成手段は矩形信号が存在する場合にアクティブにされ、信号レベルが一定の場合には非アクティブにされ、かつアクティブの場合には少なくとも１つの出力にステッピングモータを駆動するパルス状の信号を発生する。
【００１５】
本発明によれば、ステッピングモータを用いて、好ましくはアイドリング制御に関連して自動車エンジンの出力調節部材が操作される。
【００１６】
【実施例】
以下、図面に示す実施例を用いて本発明を詳細に説明する。
【００１７】
図１には２相ステッピングモータを有する制御システムが図示されている。同図において符号１０はコンピュータユニット、特にマイクロコンピュータであり、１２は本発明を実施するための駆動論理回路であり、１４と１６はステッピングモータの各相用の完全ブリッジ型出力段（４つのトランジスタを用いたブリッジ回路による駆動回路）であり、１８はステッピングモータ自体を示している。
【００１８】
コンピュータユニット１０には測定装置２４〜２６から入力線２０〜２２が導かれている。コンピュータユニット１０の出力２８を介して駆動論理回路１２の入力３２まで導線３０が導かれている。この入力３２には駆動論理回路１２の接続点３４へ到る抵抗Ｒ１が接続され、この接続点３４には接地されたコンデンサＣが接続されている。さらに入力３２には抵抗Ｒ２が接続され、この抵抗Ｒ２は駆動論理回路１２の接続点３６と結合され、この接続点には駆動論理回路１２の電源電圧Ｕｃｃが接続されている。さらに入力３２から接続線３８がフリップフロップＦＦ２のクロック入力ＣＬＫ２へ導かれ、かつインバータＩを介してフリップフロップＦＦ１のクロック入力ＣＬＫ１へ導かれている。駆動論理回路１２の接続点３６は抵抗Ｒ３を介して接続点４０へ導かれており、比較器Ｋ１の正の入力がこの接続点４０と接続されている。さらに接続点４０は他の抵抗Ｒ４を介して接続点４２へ導かれ、第２の比較器Ｋ２の負の入力がこの接続点４２と接続されている。
【００１９】
接続点４２は抵抗Ｒ５を介してアースへ導かれている。比較器Ｋ１の負の入力と比較器Ｋ２の正の入力は接続線４４を介して駆動論理回路１２の接続点３４に接続されている。駆動論理回路１２の接続点３６はさらに抵抗Ｒ６を介して接続点４６へ導かれており、接続点４６には比較器Ｋ１とＫ２の出力が接続されている。接続点４６は導線４８を介してまずフリップフロップＦＦ１のリセット入力ＣＬＲ１へ導かれ、さらにフリップフロップＦＦ２のリセット入力ＣＬＲ２へ導かれている。出力Ｑ１は駆動論理回路１２の出力５０と接続され、一方フリップフロップＦＦ１の反転出力は駆動論理回路１２の出力５２と接続されている。ＦＦ２の出力Ｑ２は駆動論理回路１２の出力５４と接続され、フリップフロップＦＦ２の反転出力は駆動論理回路１２の出力５６と接続されている。念のために、図１には、駆動論理回路をアースと接続させる他の端子５８が図示されている。
【００２０】
駆動論理回路１２の出力５０は導線６０を介して完全ブリッジ型出力段１４と接続され、出力５２は導線６２を介して完全ブリッジ型出力段１４と接続されている。同様にして出力５４は導線６４を介して、また出力５６は導線６６を介して完全ブリッジ型出力段１６と接続されている。完全ブリッジ型出力段は、市販の素子、例えば素子ＴＬＥ４２０２Ｂであって、図１には不図示の上述の方法で接続されている。完全ブリッジ型出力段１４と１６には概略図示するステッピングモータ１８が接続されている。その場合、導線６８は出力回路１４からステッピングモータの第１相巻線７０を介して完全ブリッジ型出力段１４に戻され、一方導線７２は完全ブリッジ型出力段１６から第２相巻線７４を介して完全ブリッジ型出力段１６に戻されている。
【００２１】
完全ブリッジ型出力段１４と１６の代わりにユニポーラのステッピングモータに関連して単独駆動回路を設けることもできる。従って好ましい他の実施例においては、本発明の構成はユニポーラ及びバイポーラのステッピングモータに関連して使用することができる。さらに好ましい実施例においては本発明の構成は多相のステッピングモータとの関連においても使用することができる。
【００２２】
図１に示すシステムは好ましい実施例においては、自動車エンジンの出力調節部材の調節に使用することができる。この種の出力調節部材は内燃機関の吸気系内に配置された絞り弁あるいはディーゼルエンジンのコントロールロッド（コントロールラック）とすることができる。その場合に出力調節部材の調節は、好ましい実施例においてはアイドリング回転数制御のために、他の好ましい実施例においては電子アクセルペダルシステムにおいて運転者により作動される操作部材（アクセルペダル）の位置によって設定される運転者の要求に従った調節のために、さらにトラクションコントロールないしはエンジン制動トルク制御を実施するため、あるいは車速制御のために使用される。
【００２３】
次に本装置の原理的な機能をアイドリング回転数制御の例で説明する。同様に図１に示す装置の機能は上述の他の好ましい応用例においても得られる。
【００２４】
コンピュータユニット１０は、導線２０〜２２を介して供給される、測定装置２４〜２６によって検出された運転パラメータに基づいてアイドリング回転数の目標値を定める。従来技術から知れているように、この運転パラメータは好ましくはバッテリ電圧、車速、エンジン回転数、エンジン温度、エアコンスイッチ、ギヤ位置などである。形成された回転数目標値が検出されたエンジン回転数と関連づけられて、実際回転数の目標回転数からのずれを示す量が求められる。このずれ量は制御プログラムに従ってステッピングモータを調節するステップ数に変換される。さらに偏差の符号から、ステッピングモータを第１の移動方向に調節すべきかあるいは第２の移動方向に調節すべきか、すなわち正転か逆転かのステッピングモータの駆動方向が定められる。
【００２５】
対応する情報はマイクロコンピュータによって出力２８に出力すべきクロック信号Ｔ0に変換される。その場合、実際回転数を目標回転数になるように調節して偏差を減少させるために求められたステップ数がパルス数に変換され、一方ステッピングモータの調節方向に関する情報は、出力すべきパルス信号の基礎になるクロック信号Ｔ0の一定の信号レベルに反映される。パルス信号Ｔ0は導線３０を介して駆動論理回路１２の入力３２へ伝達され、そこで上述の回路装置によって９０°位相ずれしたステッピングモータ１８の駆動信号に変換される。
【００２６】
この駆動パルスが駆動論理回路１２の出力５０と５４に出力され、一方出力５２と５６にはそれぞれ反転信号が出力される。これらの信号によって完全ブリッジ型出力段１４ないし１６が駆動されるので、巻線７０と７４には９０°位相ずれした電流パルスが流れる。それによってステッピングモータ１８およびステッピングモータと接続された調節部材がステッピングモータの構造によって定まるステップ幅でパルス数に従って調節される。その場合、ステッピングモータの移動方向は駆動信号の位相ずれ、すなわち正か負かに関係する。
【００２７】
駆動論理回路１２の機能を図２に示す信号特性を用いて説明する。その場合に図２（ａ）から（ｅ）にはそれぞれ水平に時間が記載されている。
【００２８】
図２（ａ）はコンピュータユニット１０の出力２８に現れるクロック信号Ｔ0を示し、図２（ｂ）はコンデンサＣに印加される電圧信号Ｕ１を示す。図２（ｃ）には導線４８に現れる比較器出力Ｋの信号を示し、図２（ｄ）と（ｅ）は駆動論理回路１２の出力５０と５４に現れる信号Ａ１とＡ２を示す。その場合に最初の領域においてはステッピングモータ１８の正転駆動が、第２の領域ではステッピングモータ１８の逆転駆動が示されている。
【００２９】
クロック信号Ｔ0は、３つの状態をとることができるように形成されている。まず低いレベルに不変に留まることができ、また高い信号レベルに不変に留まることができる。さらに一定の周波数と例えば５０％のパルスデューティー比を有する矩形信号の状態となる。上述の制御プログラムに従ってコンピュータユニット１０から出力されるこのクロック信号は駆動論理回路において、Ｒ１とＣから形成されるローパスフィルタによってアナログ電圧Ｕ１に変換される。その場合、クロック信号のレベルが一定で低い場合には、Ｒ３、Ｒ４およびＲ５からなる分圧器によって比較器Ｋ２の負の入力に形成される電圧Ｕ３より小さい一定の電圧が得られる。クロック信号が一定周波数の矩形信号である場合には、信号Ｕ１は上述の値Ｕ３と、分圧器Ｒ３、Ｒ４およびＲ５により比較器Ｋ１の正の入力に形成される値Ｕ２間の電圧値を有するほぼ鋸歯状電圧となる。クロック信号Ｔ0のレベルが一定で高い場合には、上述の電圧値Ｕ２より大きいレベルを有する電圧Ｕ１が発生する。
【００３０】
信号レベルを設定することによって比較器Ｋ１とＫ２の出力は、可能な３つの状態のそれぞれにおいて所定の値となる。クロック信号が一定の低い信号レベルである場合には、比較器Ｋ１の出力信号は低い信号レベルになり、比較器２の出力信号は高い信号レベルとなる。結合点４６において比較器の２つの出力信号がアンドの論理で結合されるので、導線４８における信号Ｋは低い信号レベルを有する。
【００３１】
クロック信号が一定の高い信号レベルを有する場合には、比較器Ｋ１の出力は高いレベルを有し、比較器Ｋ２の出力は低い信号レベルを有するので、結果として信号値Ｋは低いレベルとなる。クロック信号が矩形信号を示す場合には、電圧Ｕ１は値Ｕ２とＵ３の間にあるので、両比較器の２つの出力は高い信号レベルを有し、従って得られる値Ｋも同様に高い信号レベルとなる。その後信号Ｋは信号端でトリガーされる２つのフリップフロップＦＦ１とＦＦ２のリセット入力へ供給される。クロック信号Ｔ0自体は導線３８を介してフリップフロップＦＦ２のクロック入力へ供給され、かつインバータＩを介してフリップフロップＦＦ１のクロック入力へ供給される。信号端でトリガーされるフリップフロップは、低い信号レベルＫによりフリップフロップがリセットされ、出力Ｑ１ないしＱ２、従って出力Ａ１とＡ２に低いレベルが得られるように接続されている。それによってステッピングモータは現位置に保持される。
【００３２】
信号レベルＫが高いレベルに変化すると、フリップフロップのクロック入力がイネーブルになり、その場合フリップフロップＦＦ１はインバータＩが接続されていることによりクロック信号Ｔ0のクロック立ち下がり端で変化し、一方フリップフロップＦＦ２はクロック信号Ｔ0のクロック立上り端で変化する。それによって駆動論理回路１２の出力Ａ１とＡ２には図２（ｄ）と（ｅ）に示すように、９０°位相ずれした出力矩形信号Ａ１とＡ２が出力される。この矩形信号はステッピングモータの駆動に用いられ、それによってステッピングモータは所定のステップ幅で駆動される。
【００３３】
Ａ１とＡ２間の位相位置の符号（＋９０°あるいは−９０°）はクロック信号の初期状態によって決定される。言葉を換えると、ステッピングモータの移動方向は、一定周波数の矩形信号の出力前のクロック信号Ｔ0の開始レベルに基づいて定められる。クロック信号Ｔ0が高い信号レベルからスタートした場合には、最初の立上り端部がフリップフロップＦＦ１にトリガーをかけるので、信号Ａ１は信号Ａ２の前に形成され、従って＋９０°の位相ずれが得られる。クロック信号が低い信号レベルからスタートした場合には、最初の立上り端がフリップフロップＦＦ２のリセット入力にかかる。これは、出力信号Ａ２が出力信号Ａ１の前に得られ、従って２つの駆動信号間に−９０°の位相ずれが発生することを意味する。それによってステッピングモータは２つの移動方向に制御される。
【００３４】
図２（ａ）においてクロック信号Ｔ0はまず低い信号レベルを有する。その後所定の周期Ｔを有する矩形信号状の６つのパルスが出力され、高い信号レベルで終了する。その後新たにパルスが送出され、再び高い信号レベルで終了する。次の状態においてはクロック信号の一定の信号レベルが高い信号レベルから低い信号レベルへ、そして再び高い信号レベルへ変化する。電圧Ｕ１のそれに対応した信号特性が図２（ｂ）に示されている。クロック信号の最初のパルスが発生するまでは信号Ｕ１の信号レベルはＵ３より低い。その後パルス期間では、Ｕ２とＵ３間の範囲で電圧形状は鋸歯状になる。クロック信号が高いレベルになると、コンデンサが充電されて電圧はＵ２を越えて電源電圧Ｕｃｃの近傍になる。その後の矩形パルスで電圧Ｕ１は鋸歯状電圧の形状でＵ２とＵ３間の値に低下し、一方次の信号レベルが高くなるとコンデンサが再びＵ２より大きい電圧に充電される。クロック信号の信号レベル状態が高いレベルから低いレベルへ変化すると、コンデンサが放電するので、電圧はまたＵ３より低くなる。次にレベルが変化するとコンデンサはまたＵ２を越える電圧まで充電される。
【００３５】
図２（ｃ）に示す信号Ｋは上述の説明に従って電圧Ｕ３を越えると、電圧Ｕ２を越えた場合と同様に、低いレベルから高いレベルへないし高いレベルから低いレベルへ変化する。それによって矩形信号が出力されると最初のレベル変化が生じ、一方矩形信号がなくなると第２の信号レベル変化が発生し、また新たなスタートの際には新たな信号レベル変化が発生する。信号Ｋはクロック信号の一定のレベルが変化する場合にも同様に推移する。上述したようにフリップフロップのクロック入力は信号Ｋの信号レベルが高い場合にイネーブルになる。従って信号Ｋの高い信号レベルの第１の期間の間にパルス状の出力信号Ａ１とＡ２が発生する。その場合信号Ａ２は信号Ａ１より９０°前に位置する。というのはクロック信号の最初の信号端変化は最初の立ち下がり端であるので、最初フリップフロップＦＦ２の信号レベルが変化するからである。この期間においてステッピングモータの正転駆動が行われる。
【００３６】
同様にして逆転駆動される場合には信号Ｋの信号レベルが正になる第２の期間の間にクロック信号Ｔ0に基づいて出力信号Ａ１とＡ２が発生する。回転方向を変化させるために信号Ｔ0の信号レベルの状態が変化する場合には、信号Ｋの信号レベルが高い間クロック信号が現れないので、出力Ａ１とＡ２は低い信号レベルになっており、ステッピングモータは駆動されない。
【００３７】
他の好ましい実施例においては逆の制御特性で回路技術的な実現を図るのが好ましい。
【００３８】
さらに閉ループ位置制御のステッピングモータの駆動に使用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、低い信号レベル、高い信号レベル、それに一定の周波数の矩形信号の各状態を有する単一の駆動信号から、ステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、その場合、ステッピングモータの回転方向を、一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決めるようにしている。したがって、本発明では、単にコンピュータユニットの一つの出力端子が占有されるだけであり、ステッピングモータの駆動のためにかかるコストを大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する回路装置の構成を示すブロック回路図である。
【図２】本発明を説明するための特徴的な信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ コンピュータユニット
１２ 駆動論理回路
１４、１６ 完全ブリッジ型出力段
１８ ステッピングモータ
Claims (7)
- 少なくとも２つの駆動相と、少なくとも１つの駆動信号を発生させるコンピュータユニットとを有するステッピングモータを駆動する方法において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号をステッピングモータの各相用の駆動信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定されることを特徴とするステッピングモータを駆動する方法。 - 駆動論理回路がコンピュータユニットの駆動信号を９０°位相ずれしたステッピングモータ各相用の駆動信号に変換することを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 駆動論理回路がコンピュータユニットの駆動信号を反転させることによって９０°の位相ずれを形成することを特徴とする請求項２に記載の方法。
- コンピュータユニットの駆動信号がアナログ信号に変換されて、第１の相に対してはパルス形成手段に直接に、第２の相に対しては反転して供給され、その場合パルス形成手段は矩形信号が存在する場合にアクティブにされ、信号レベルが一定の場合には非アクティブにされ、かつアクティブの場合には少なくとも１つの出力にステッピングモータを駆動するパルス状の信号を発生することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
- ステッピングモータを用いて、アイドリング制御に関連して自動車エンジンの出力調節部材が操作されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
- 少なくとも１つの駆動信号を発生するコンピュータユニットを有するステッピングモータを駆動する装置において、
コンピュータユニットの単一の駆動信号を少なくとも２相のステッピングモータを駆動するパルス信号に変換する駆動論理回路が設けられ、
前記単一の駆動信号は、低い信号レベル状態と、高い信号レベル状態と、一定の周波数の矩形信号の状態を有し、
前記駆動論理回路は、該単一の駆動信号からステッピングモータを正転並びに逆転駆動するための各相用の駆動信号を形成し、
ステッピングモータの回転方向が、前記一定の周波数の矩形信号が出力される前の駆動信号の信号レベルによって決定されることを特徴とするステッピングモータを駆動する装置。 - コンピュータユニットの駆動信号が矩形状である場合にステッピングモータを駆動するパルスを発生するパルス形成手段が設けられ、駆動信号の信号レベルが一定である場合にはパルス形成手段が非アクティブにされることを特徴とする請求項６に記載の装置。
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