JP4641428B2 - ステッパモータの駆動装置及び当該方法 - Google Patents

Description

本発明は、ステッパモータの駆動装置及び当該方法に係り、特に、互いに位相が異なる複数の周期的な復帰駆動信号を供給することによって、ステッパモータに、当該ステッパモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに向かう復帰方向の回転トルクを発生させるステッパモータの駆動装置及び当該方法に関するものである。

従来から、上述したステッパモータの駆動装置を用いたものとして、例えば、車両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、この指針を駆動するムーブメントとしてステッパモータが用いられている。

このステッパ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、ステッパ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。

また、駆動装置は、互いに位相が異なる周期的な駆動信号を供給し、周期的にステッパモータ内部の励磁コイルの励磁状態を変化させることにより、この励磁コイルに囲まれたマグネットロータに回転トルクを発生させて、ステッパモータを回転させる。

ところで、上述した指示装置は、車両の振動あるいは雑音が重畳している角度データθｉの入力などの原因により、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に、ステッパモータに、その回転に連動する被駆動部材としての片と、この片との当接により、ステッパモータの回転を機械的に停止させるストッパを設ける。このストッパは、片と当接したとき、指針が計測値０（又は起点：以下表記省略）を指示するように設ける。

そして、駆動装置は、例えば、イグニッションスイッチがオンして、電源が投入される毎に、片がストッパ側に向かうように、ステッパモータを回転させて、片を強制的にストッパに当接させ、これにより、指針を強制的に計測値０で停止させる初期化動作を行う。

以上の初期化動作を行うことにより、現位置θ′を計測値０であると認識しているとき、指針も実際に計測値０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。

しかしながら、上述した指示装置は、片を確実にストッパに当接させるため、片を例えば３６０°回転させる必要がある。このため、片がストッパに当接して、これ以上ステッパモータがストッパ方向に回転できない状態で、ステッパモータ内の励磁コイルの励磁状態が周期的に変化し続けるという状態が発生する。

このような状態では、励磁コイルの励磁状態が一周期変化するうちに、ステッパモータには、ストッパに向かう復帰方向の回転トルクと、ストッパから離れる正転方向の回転トルクとが交互に発生する。そして、これにより、片がストッパに当接したり、片がストッパから離れる跳ね返しを交互に繰り返し、初期化動作時の指針の見栄えが悪いという第１の問題があった。

また、上述したように復帰方向の回転トルクと正転方向の回転トルクとが交互に発生すると、このような回転トルクの急な方向転換にステッパモータ内のマグネットロータが追従できないことがある（脱調）。このため、正転方向の回転トルクが発生して、片がストッパから離れた後、回転トルクが復帰方向に切り替わっても片がストッパ位置に戻らなくなるという第２の問題があった。

そこで、このような事態を解決するために、上述したような正転方向の回転トルクが発生する位相範囲をとばした復帰駆動信号を供給して、跳ね返りを防止するものが特許文献１に提案されている。さらに特許文献１には、上述した正転方向の回転トルクが発生する位相範囲に限定して短い周期を持たせた復帰駆動信号を供給して、跳ね返りを低減することも提案されている。しかしながら、上述したように一部の位相範囲をとばしたり、一部の位相範囲だけ急に周期を短くした復帰駆動信号を供給すると、その一部の位相範囲においてはマグネットロータの慣性力に頼って回転させているため、マグネットロータの回転が追従できないことがある。特に、ステッパモータの回転を、ギアを介して伝動する構成の場合、マグネットロータに負荷がかかるため慣性力の減衰が大きく、励磁コイルの励磁変化にマグネットロータが追従しなくなる可能性が高くなる。このため、片をストッパまで回転させることができずに、脱調をリセットすることができなくなるという第１の問題がある。

また、上述した正転方向の回転トルクが発生する位相範囲に限定して短い周期を持たせた復帰駆動信号を供給して跳ね返りを低減するものについては、依然、片とストッパとが当接した後は復帰方向の回転トルクと正転方向の回転トルクとが交互に発生する。このため、上述した片の跳ね返りが生じた後、片がストッパ位置に戻らなくなるという第２の問題については解決されていない。

さらに、特許文献２には、初期化動作時に、ステッパモータを電気角約π分回転させる復帰駆動信号を出力し、復帰駆動信号停止後は慣性にて片を復帰方向に回転させて、さらに所定電圧により片をストッパまで復帰させ、またその位置にて保持するようにしたものが記載されている。しかしながら、この場合も上述した特許文献１と同様に復帰駆動信号の電気角２πのうち、約π分しか出力せず、残りの約π分については出力していない。このため、ステッパモータによっては慣性で片がストッパまで戻らないこともあり、脱調をリセットすることができない。また、一回の初期化動作で電気角２πの脱調しかリセットすることができない。

また、上述した正転方向の回転トルクが発生する位相範囲に限定して回転トルクを小さくした駆動信号を供給して、跳ね返りを低減するものが特許文献３に記載されている。しかしながら、この場合も、依然、片とストッパとが当接した後は復帰方向の回転トルクと正転方向の回転トルクとが交互に発生するため、上述した片の跳ね返りが生じた後、片がストッパ位置に戻らなくなるという第２の問題については解決されていない。
特開平８−２４７７９５号公報 第２９８５９５５号公報 特願２００４−３６４４０３号公報

そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置及び当該方法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、互いに位相が異なる複数の周期的な復帰駆動信号を供給することによって、ステッパモータに、当該ステッパモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに向かう復帰方向の回転トルクを発生させるステッパモータの駆動装置であって、前記被駆動部材を前記ストッパに当接させる初期化動作時に、電気角２π分の復帰駆動信号と、前記ステッパモータの回転を所定時間、停止させる停止信号との出力を交互に繰り返す初期化駆動手段を備え、前記復帰駆動信号は、停止状態の前記ステッパモータの回転速度を徐々に上げて加速させる加速位相範囲と、該加速位相範囲で加速された速度以上で前記ステッパモータを回転させる高速位相範囲と、該高速位相範囲終了後の速度から停止状態まで前記ステッパモータの回転速度を徐々に下げて減速させる減速位相範囲とから電気角２πが構成され、前記復帰駆動信号の高速位相範囲は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに前記被駆動部材が前記ストッパから離れるような正転方向の回転トルクが発生する正転位相範囲を含み、前記停止信号は、前記正転位相範囲が終了した後、再び前記ステッパモータに復帰方向の回転トルクが発生して、前記被駆動部材がストッパに当接する前の状態で停止させ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。

請求項７記載の発明は、互いに位相が異なる複数の周期的な復帰駆動信号を供給することによって、ステッパモータに、当該ステッパモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに向かう復帰方向の回転トルクを発生させるステッパモータの駆動方法であって、前記被駆動部材を前記ストッパに当接させる初期化駆動時に、電気角２π分の復帰駆動信号と、前記ステッパモータの回転を所定時間、停止させる停止信号との出力を交互に繰り返し、前記復帰駆動信号は、停止状態の前記ステッパモータの回転速度を徐々に上げて加速させる加速位相範囲と、該加速位相範囲で加速された速度以上で前記ステッパモータを回転させる高速位相範囲と、該高速位相範囲終了後の速度から停止状態まで前記ステッパモータの回転速度を徐々に下げて減速させる減速位相範囲とから電気角２πが構成され、前記復帰駆動信号の高速位相範囲は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに前記被駆動部材が前記ストッパから離れるような正転方向の回転トルクが発生する正転位相範囲を含み、前記停止信号は、前記正転位相範囲が終了した後、再び前記ステッパモータに復帰方向の回転トルクが発生して、前記被駆動部材がストッパに当接する前の状態で停止させることを特徴とするステッパモータの駆動方法に存する。

請求項１及び７記載の発明によれば、初期化駆動時において、ステッパモータには、電気角２π分の復帰駆動信号と、ステッパモータの回転を所定時間、停止させる停止信号とが交互に繰り返し出力される。復帰駆動信号は、停止状態のステッパモータの回転速度を徐々に上げて加速させる加速位相範囲と、加速位相範囲で加速された速度以上でステッパモータを回転させる高速位相範囲と、該高速位相範囲終了後の速度から停止状態までステッパモータの回転速度を徐々に下げて減速させる減速位相範囲とから電気角２πが構成されている。

従って、初期化動作中に、被駆動部材の跳ね返りトルクが発生する位相範囲を高速位相範囲が含んでいるので、跳ね返りトルクの発生時間を短くすることができ、片の跳ね返りを抑えることができる。また、被駆動部材が跳ね返った後、再びストッパに戻る前の状態で停止信号がステッピングモータの回転を停止させるため、跳ね返りによる被駆動部材の振動が収束した後に、復帰方向の回転トルクが発生し、被駆動部材がストッパから跳ね返っても、確実にまたストッパに戻すことができる。さらに、加速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を上げ、減速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を下げているため、急な回転速度の変化がなく、ステッパモータの回転が確実に復帰駆動信号に追従する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のステッパモータの駆動装置であって、前記初期化駆動手段は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに発生する回転トルクが復帰方向から正転方向に切り替わる切替時点が、前記高速位相範囲の中心となるような、前記復帰駆動信号を供給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。

請求項２記載の発明によれば、初期化駆動手段は、駆動部材がストッパに当接した状態で復帰駆動信号を供給し続けたとき、ステッパモータに発生する回転トルクが復帰方向から正転方向に切り替わる切替時点が、高速位相範囲の中心となるような、復帰駆動信号を供給する。従って、切替時点が高速位相範囲の中心に設定されているため、例えば、マグネットロータと被駆動部材との間に介在し、マグネットロータの回転力を被駆動部材に伝達する伝達部材の温度膨張の変化や、ステッパモータの製造ばらつき（マグネットロータの着磁ばらつきや、伝達部材の温度膨張係数のばらつき）などに起因して、正転位相範囲が前後に多少ズレても、特別な補正機構を必要とせず、高速位相範囲内に正転位相範囲を含めることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載のステッパモータの駆動装置であって、前記初期化駆動手段は、前記高速位相範囲出力中に前記ステッパモータに発生する回転トルクが、前記加速及び前記減速位相範囲出力中に前記ステッパモータに発生する回転トルクより小さくなるような前記復帰駆動信号を出力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。

請求項３記載の発明によれば、初期化駆動手段は、高速位相範囲供給中にステッパモータに発生する回転トルクが、加速及び減速位相範囲供給中にステッパモータに発生する回転トルクより小さくなるような復帰駆動信号を出力する。従って、初期化動作中に、被駆動部材の跳ね返りトルクが発生する位相範囲を高速位相範囲が含むようにすれば、小さな跳ね返りトルクしか発生しないため、片の跳ね返りを抑えることができる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、前記被駆動部材には、伝達部材を介して、前記ステッパモータの回転が伝動されていることを特徴とする駆動装置に存する。

請求項４記載の発明によれば、駆動部材には、ギアなどの伝達部材を介して、ステッパモータの回転が伝動されている。伝達部材を介してステッパモータの回転を伝動させる場合、ステッパモータに負荷がかかり、直接伝動する場合に比べて、復帰駆動信号の急激な変化にステッパモータの回転が追従できない可能性が高くなる。しかしながら、加速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を上げ、減速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を下げたり、電気角２πの復帰駆動信号を供給する毎に、停止信号を出力することにより、急激な回転速度の変化や回転方向の切替がなくなり、ギアなどの伝達部材を介してステッパモータの回転を伝動する構成であっても、確実にステッパモータの回転を復帰駆動信号に追従させることができる。また、伝達部材を介して駆動することにより小さな跳ね返りが発生した場合、伝達部材間のバックラッシュで被駆動部材への挙動を伝わり難くする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、前記高速位相範囲においては、前記加速位相範囲で加速された速度で前記ステッパモータを等速回転させ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。

請求項５記載の発明によれば、高速位相範囲において、加速位相範囲で加速された速度でステッパモータを等速回転させることにより、高速位相範囲での回転をより安定させることができる。このため、ステッパモータの回転がより確実に復帰駆動信号に追従する。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、前記高速位相範囲においては、さらに前記ステッパモータの回転を加速させ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。

請求項６記載の発明によれば、高速位相範囲において、さらにステッパモータの回転を加速させることにより、高速位相範囲の出力時間をより短くすることができる。このため、より跳ね返りを低減することができる。

以上説明したように請求項１及び７記載の発明によれば、初期化動作中に、被駆動部材の跳ね返りトルクが発生する位相範囲を高速位相範囲が含んでいるので、跳ね返りトルクの発生時間を短くすることができ、片の跳ね返りを抑えることができる。また、被駆動部材が跳ね返った後、再びストッパに戻る前に停止信号が出力されるため、跳ね返りによる被駆動部材の振動が収束した後に、復帰方向の回転トルクが発生し、被駆動部材がストッパから跳ね返っても、確実にまたストッパに戻すことができる。さらに、加速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を上げ、減速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を下げているため、急な回転速度の変化がなく、ステッパモータの回転が確実に復帰駆動信号に追従するので、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置及び当該方法を得ることができる。

請求項２記載の発明によれば、切替時点が高速位相範囲の中心に設定されているため、例えば、マグネットロータと被駆動部材との間に介在し、マグネットロータの回転力を被駆動部材に伝達する伝達部材の温度膨張の変化や、ステッパモータの製造ばらつき（マグネットロータの着磁ばらつきや、伝達部材の温度膨張係数のばらつき）などに起因して、正転位相範囲が前後に多少ズレても、特別な補正機構を必要とせず、高速位相範囲内に正転位相範囲を含めることができるので、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置を得ることができる。

請求項３記載の発明によれば、初期化動作中に、被駆動部材の跳ね返りトルクが発生する位相範囲を高速位相範囲が含むようにすれば、小さな跳ね返りトルクしか発生しないため、片の跳ね返りを抑えることができるので、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置を得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、加速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を上げ、減速位相範囲により徐々にステッパモータの回転速度を下げたり、電気角２πの復帰駆動信号を供給する毎に、停止信号を出力することにより、急激な回転速度の変化や回転方向の切替がなくなり、ギアなどの伝達部材を介してステッパモータの回転を伝動する構成であっても、確実にステッパモータの回転を復帰駆動信号に追従させることができる。また、伝達部材を介して駆動することにより小さな跳ね返りが発生した場合、伝達部材間のバックラッシュで被駆動部材への挙動を伝わり難くするので、より確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置を得ることができる。

請求項５記載の発明によれば、高速位相範囲での回転をより安定させることができるため、ステッパモータの回転がより確実に復帰駆動信号に追従するので、より確実に初期化動作を行えるステッパモータの駆動装置を得ることができる。

請求項６記載の発明によれば、高速位相範囲の出力時間をより短くすることができるため、より跳ね返りを低減することができるので、より見栄え良く初期化動作を行えるステッパモータの駆動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、本発明のステッパモータの駆動方法を実施した駆動装置を組み込んだ指示装置を示す図である。図２は、図１の指示装置を構成するステッパモータ１の分解斜視図である。この指示装置は、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を回転させる初期化駆動手段としての駆動装置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局が交互に５極づつ着磁され、励磁コイル１ａ１及び１ａ２の励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータ１ｂと、マグネットロータ１ｂの駆動力を指針２に伝えるギア１ｃ（＝伝達部材）とを備えている。

さらに、ステッパモータ１は、指針２側のギア１ｃの裏側に設けられ、マグネットロータ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、マグネットロータ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、マグネットロータ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。このストッパ１ｅは、片１ｄと当接したとき、指針２が文字板状の計測値０の目盛上を指示するように設けられている。

以下、初期化動作においては、片１ｄがストッパ１ｅに向かうようなステッパモータ１の回転方向を復帰方向とする。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。

上述した駆動装置３は、μＣＯＭ３１と、μＣＯＭ３１により制御される駆動回路３２とを備えている。μＣＯＭ３１は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央処理ユニット（ＣＰＵ）３１ａと、ＣＰＵ３１ａのためのプログラムなどを格納した読み出し専用メモリであるＲＯＭ３１ｂと、各種のデータを格納すると共にＣＰＵ３１ａの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるＲＡＭ３１ｃとを備えている。

また、上述した駆動回路３２は、μＣＯＭ３１からの制御信号に応じて、ステッパモータ１内の励磁コイル１ａ１及び１ａ２に互いに位相の異なる周期的な駆動信号を出力する。この駆動回路３２から出力される周期的な駆動信号の供給を受けて、各種励磁コイル１ａ１及び１ａ２の励磁状態が周期的に変化し、マグネットロータ１ｂに回転トルクが発生する。また、上述した駆動装置３には、例えば、イグニッションスイッチオンのタイミングで、電源投入が開始されるようになっている。

初期化動作において、上記駆動装置３は、ステッパモータ１を正回転させて、片１ｄを強制的にストッパ１ｅに当接させる。この初期化動作時に駆動装置３が励磁コイル１ａ１及び１ａ２に対して出力するＣＯＳ及びＳＩＮ信号Ｓ１１、Ｓ１２について、図３を参照して説明する。図３（ａ）及び（ｂ）は励磁コイル１ａ１及び１ａ２に対して出力するＣＯＳ及びＳＩＮ信号Ｓ１１、Ｓ１２、（ｃ）はステッパモータ１の回転速度、（ｄ）はステッパモータ１に発生する回転トルク、（ｅ）は指針２の指示角度を示すタイムチャートである。

同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、駆動装置３は、ステッパモータ１の回転を所定時間Ｔ１、停止させる停止信号Ｓｓと、電気角２π分の復帰駆動信号Ｓｒとの出力を交互に繰り返す。上述した復帰駆動信号Ｓｒは各々、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、停止状態のステッパモータ１の回転を加速させる加速位相範囲Ａと、加速位相範囲Ａで加速された速度ｖ１でステッパモータ１を等速回転させる高速位相範囲Ｂと、高速位相範囲Ｂ終了後の速度ｖ１から停止状態までステッパモータ１の回転を減速させる減速位相範囲Ｃとから電気角２πが構成されている。停止信号Ｓｓは励磁コイル１ａ１及び１ａ２に対して同一電圧を出力して、ステッパモータ１の回転を停止させる。

また、図３（ｄ）に示すように、駆動装置３は、高速位相範囲Ｂ出力中にステッパモータ１に発生する回転トルクが、加速位相範囲Ａ及び減速位相範囲Ｃ出力中にステッパモータに発生する回転トルクの例えば半分になるような、復帰駆動信号Ｓｒを供給する。このとき、復帰駆動信号Ｓｒは各々、同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、高速位相範囲Ｂの振幅が点線で示す加速位相範囲Ａ及び減速位相範囲Ｃの振幅の半分となる。

図３（ｅ）の左側に示すように指針２にα°の脱調が生じている場合、上述したような復帰駆動信号Ｓｒを供給すると、指針２は計測値０に向かって回転する。また、指針２が計測値０に到達し、片１ｄがストッパ１ｅに当接した状態で復帰駆動信号Ｓｒが出力され続けると、ステッパモータ１には、復帰方向の復帰トルクと、正転方向の正転トルクとが交互に発生する。

これにより、片１ｄがストッパ１ｅに当接したり、片１ｄがストッパ１ｅから離れる跳ね返しが交互に繰り返されてしまい、指針２の挙動が悪くなる。そこで、上述した加速及び減速位相範囲Ａ及びＢに比べて、回転トルクが小さく、かつ、回転速度が速い高速位相範囲Ｂ内に、正転トルク、つまり、跳ね返りトルクが発生する正転位相範囲Ｒ２を含める。詳しくは、復帰トルクが発生する復帰位相範囲Ｒ１から正転位相範囲Ｒ２に切り替わる時点が高速位相範囲Ｂの中心となるようにする。このように切替時点が高速位相範囲Ｂの中心に設定されているため、例えば、ギア１ｃ（＝伝達部材）の温度膨張の変化や、ステッパモータ１の製造ばらつき（マグネットロータ１ｂの着磁ばらつきや、ギア１ｃの温度膨張係数のばらつき）などに起因して、正転位相範囲Ｒ２が前後に多少ズレても、特別な補正機構を必要とせず、高速位相範囲Ｂ内に正転位相範囲Ｒ２を含めることができる。

また、正転位相範囲Ｒ２から復帰方向の回転トルクが発生する復帰位相範囲Ｒ１に切り替わって、跳ね返っていた指針２が再び計測値０に戻り、片１ｄとストッパ１ｅとが当接する前に、停止信号Ｓｓが出力されるようになっている。

これにより、跳ね返りトルクが発生する正転位相範囲Ｒ２では、ステッパモータ１に発生する回転トルクを小さくすることができるため、復帰方向から正転方向に反転する速度が遅く目立たなくなり、片１ｄの跳ね返りを抑えることができ、指針２の挙動を小さくすることができる。

また、正転位相範囲Ｒ２における回転速度を高速にすることができるため、跳ね返りトルクの発生時間を短くすることができ、指針２があまり計測値０の位置から離れないうちに跳ね返りトルクから復帰トルクに切り替えることができる。これにより、片１ｄの跳ね返りを抑えることができ、指針２の挙動を小さくすることができる。さらに、片１ｄが跳ね返った後は動きが安定せずにステッパモータ１に振動が発生する。

このような状態ですぐに復帰トルクを発生しても、ステッパモータ１の回転が追従することができず、跳ね返った片１ｄをストッパ１ｅまで戻すことができなくなる恐れがある。本実施形態では、ステッパモータ１の跳ね返りによる振動が収束するまでステッパモータ１の回転を停止する停止信号Ｓｓが出力され、ステッパモータ１の振動が収束した後に、再び復帰トルクが発生して、片１ｄをストッパ１ｅに向かって回転させることができるため、指針２は跳ね返ったあと確実に計測値０位置に戻すことができる。

上述したようにギア１ｃを介してステッパモータ１の回転を伝動させる場合、ステッパモータ１に負荷がかかり、直接伝動する場合に比べて、復帰駆動信号の急激な変化にステッパモータ１の回転が追従できない可能性が高くなる。本実施形態の指針装置は、特にこのようにギア１ｃをマグネットロータ１ｂの回転を伝動するものに有効である。また、ギア１ｃを介して駆動することにより小さな跳ね返りが発生した場合、ギア１ｃ間のバックラッシュで片１ｄや指針２への挙動を伝わり難くする。

一方、通常動作時において、上記駆動装置３は、指針２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、ステッパモータ１を回転させる。これにより、指針２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。

次に、通常動作時の駆動装置３が出力する駆動信号について、図４に示す駆動信号のタイムチャートを参照して説明する。同図に示すように、駆動装置３は、ステッパモータ１に発生する回転トルクが常に一定となるような、駆動信号を供給する。つまり、励磁コイル１ａ１及び１ａ２には各々、振幅一定の駆動信号が供給される。

このように、ストッパ１ｅでの跳ね返りを考慮する必要のない通常動作時には、回転トルクＴが常に一定となる駆動信号を供給することにより、駆動信号の一電気サイクルのうち、ステッパモータ１の回転速度が速くなったり遅くなったりすることがないので、迅速かつ、見栄え良く通常動作を行うことができる。

以上概略説明した初期化動作の詳細をＣＰＵ３１ａの処理手順を示す図５に示すフローチャートを参照して以下説明する。ＣＰＵ３１ａは、イグニッションスイッチがオンされ車載バッテリからの電源投入が開始されると、初期化動作を開始し、まず、ＲＡＭ３１ｃに記憶された指針２の現位置θ′を読み出す（ステップＳ１）。この指針２の現位置θ′は当然片１ｄの現位置にも相当する。

なお、上記ＲＡＭ３１ｃは、電源遮断時でも内容を保持する不揮発性のものである。このため、上記電源投入開始が、エンジン始動に応じてＣＰＵ３１ａに対する電源投入が一次遮断された状態から、復帰したことによるものであれば、上記ＲＡＭ３１ｃ内に格納された現位置θ′は一時遮断される前の指針２の指示位置が格納されている。

次に、ＣＰＵ３１ａは、読み出した現位置θ′と初期位置０°（ストッパ位置）との差分（−θ′）に応じた分だけ、図４のフローチャートに示した復帰方向の駆動信号をステッパモータ１に供給する（ステップＳ２）。このステップＳ２の処理により、片１ｄは−θ′分、ストッパ１ｅに近づき、指針２は−θ′分、計測値０に近づく。

駆動信号の出力が終了すると、ＣＰＵ３１ａは、制御手段として働き、駆動回路３２を制御して、図３（ａ）及び（ｂ）に示したような、停止信号Ｓｓと、電気角２π分の復帰駆動信号Ｓｒとの出力を交互に繰り返す（ステップＳ３）。このステップＳ３の処理により、指針２は計測値０に向かって、片１ｄはストッパ１ｅに向かって回転する。次に、ＣＰＵ３１ａは片１ｄが３６０°回転するのをまって（ステップＳ４でＹ）、停止信号Ｓｓ及び復帰駆動信号Ｓｒの出力を停止し、処理を終了する。

なお、上述した実施形態では、高速位相範囲Ｂにおいては、加速位相範囲Ａで加速された速度ｖ１でステッパモータ１を等速回転させていた。しかしながら、高速位相範囲Ｂでは、加速位相範囲Ａで加速された速度ｖ１以上の回転速度でステッパモータ１を回転させればよく、例えば、図６に示すように、さらにステッパモータ１の回転を加速させてもよい。この場合、高速位相範囲Ｂの出力時間をより短くすることができ、より跳ね返りを低減することができる。

本発明のステッパモータの駆動方法を実施した駆動装置を組み込んだ指示装置を示す図である。 図１に示すステッパモータ１の分解斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は初期化動作時に励磁コイル１ａ１及び１ａ２に出力するＣＯＳ及びＳＩＮ信号Ｓ１１、Ｓ１２（ｃ）はステッパモータ１の回転速度、（ｄ）はステッパモータ１の駆動トルク、（ｅ）は指針２の指示角度を示すタイムチャートである。 通常動作時に励磁コイル１ａ１及び１ａ２に出力する駆動信号のタイムチャートである。 初期化動作におけるＣＰＵ３１ａの処理手順を示すフローチャートである。 （ａ）及び（ｂ）は他の実施形態における初期化動作時に励磁コイル１ａ１及び１ａ２に出力するＣＯＳ及びＳＩＮ信号Ｓ１１、Ｓ１２（ｃ）はステッパモータ１の回転速度を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ ステッパモータ
１ｃ ギア
１ｄ 片（被駆動部材）
１ｅ ストッパ
３ 駆動装置（初期化駆動手段）
３１ａ ＣＰＵ（制御手段）
Ａ 加速位相範囲
Ｂ 高速位相範囲
Ｃ 減速位相範囲
Ｓｒ 復帰駆動信号
Ｓｓ 停止信号
Ｒ２ 正転位相範囲

Claims (7)

1. 互いに位相が異なる複数の周期的な復帰駆動信号を供給することによって、ステッパモータに、当該ステッパモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに向かう復帰方向の回転トルクを発生させるステッパモータの駆動装置であって、
   前記被駆動部材を前記ストッパに当接させる初期化動作時に、電気角２π分の復帰駆動信号と、前記ステッパモータの回転を所定時間、停止させる停止信号との出力を交互に繰り返す初期化駆動手段を備え、
   前記復帰駆動信号は、停止状態の前記ステッパモータの回転速度を徐々に上げて加速させる加速位相範囲と、該加速位相範囲で加速された速度以上で前記ステッパモータを回転させる高速位相範囲と、該高速位相範囲終了後の速度から停止状態まで前記ステッパモータの回転速度を徐々に下げて減速させる減速位相範囲とから電気角２πが構成され、
   前記復帰駆動信号の高速位相範囲は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに前記被駆動部材が前記ストッパから離れるような正転方向の回転トルクが発生する正転位相範囲を含み、
   前記停止信号は、前記正転位相範囲が終了した後、再び前記ステッパモータに復帰方向の回転トルクが発生して、前記被駆動部材がストッパに当接する前の状態で停止させることを特徴とするステッパモータの駆動装置。
2. 請求項１記載のステッパモータの駆動装置であって、
   前記初期化駆動手段は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに発生する回転トルクが復帰方向から正転方向に切り替わる切替時点が、前記高速位相範囲の中心となるような、前記復帰駆動信号を供給することを特徴とするステッパモータの駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載のステッパモータの駆動装置であって、
   前記初期化駆動手段は、前記高速位相範囲出力中に前記ステッパモータに発生する回転トルクが、前記加速及び前記減速位相範囲出力中に前記ステッパモータに発生する回転トルクより小さくなるような前記復帰駆動信号を出力することを特徴とするステッパモータの駆動装置。
4. 請求項１〜３何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、
   前記被駆動部材には、伝達部材を介して、前記ステッパモータの回転が伝動されていることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項１〜４何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、
   前記高速位相範囲においては、前記加速位相範囲で加速された速度で前記ステッパモータを等速回転させることを特徴とするステッパモータの駆動装置。
6. 請求項１〜５何れか１項記載のステッパモータの駆動装置であって、
   前記高速位相範囲においては、さらに前記ステッパモータの回転を加速させることを特徴とするステッパモータの駆動装置。
7. 互いに位相が異なる複数の周期的な復帰駆動信号を供給することによって、ステッパモータに、当該ステッパモータの回転に連動する被駆動部材がストッパに向かう復帰方向の回転トルクを発生させるステッパモータの駆動方法であって、
   前記被駆動部材を前記ストッパに当接させる初期化駆動時に、電気角２π分の復帰駆動信号と、前記ステッパモータの回転を所定時間、停止させる停止信号との出力を交互に繰り返し、
   前記復帰駆動信号は、停止状態の前記ステッパモータの回転速度を徐々に上げて加速させる加速位相範囲と、該加速位相範囲で加速された速度以上で前記ステッパモータを回転させる高速位相範囲と、該高速位相範囲終了後の速度から停止状態まで前記ステッパモータの回転速度を徐々に下げて減速させる減速位相範囲とから電気角２πが構成され、
   前記復帰駆動信号の高速位相範囲は、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記復帰駆動信号を出力したとき、前記ステッパモータに前記被駆動部材が前記ストッパから離れるような正転方向の回転トルクが発生する正転位相範囲を含み、
   前記停止信号は、前記正転位相範囲が終了した後、再び前記ステッパモータに復帰方向の回転トルクが発生して、前記被駆動部材がストッパに当接する前の状態で停止させることを特徴とするステッパモータの駆動方法。

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