JP5847499B2 - ステッピングモータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ステッピングモータ装置に係り、特に、指針を駆動するステッピングモータ装置に関するものである。

従来から、上述したステッピングモータ装置を用いたものとして、例えば車両の指針装置が知られている。この指針装置は、速度センサなど各種センサの計測値を示す目盛りが設けられた文字板と、この文字板上の目盛りを指示する指針とを備え、この指針を駆動するムーブメントとしてステッピングモータが用いられている。

ステッピングモータを用いた指針装置は、周期的に変化する駆動信号を供給し、周期的にステッピングモータ内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ピングモータを回転させる。

上述したステッピングモータを用いた指針装置は、車両の振動あるいは雑音が重畳している各種センサからの計測値の入力などの原因により、指針が実際に指示している位置と、指針装置が認識している指針の位置（指針装置内のメモリに記憶されている）と、が異なる脱調が発生し、正確な指示を行うことができない恐れがあった。

そこで、上記脱調をキャンセルするために、ステッピングモータに片とストッパとを設けている。片は、例えばステッピングモータの回転を指針に伝動するための指針側のギアに設けた凸部であり、ステッピングモータに連動して回転する。ストッパは、上記片と当接してステッピングモータの回転を機械的に停止させる。このストッパは、片と当接したとき、指針が計測値０を指示するように設けられている。

そして、指針装置は、電源投入される毎に、片がストッパに向かう復帰方向にステッピングモータが回転するように駆動信号をステッピングモータに供給して、片を強制的にストッパに当接させる初期化駆動処理を行う。これにより、指針が強制的に計測値０で停止する。指針装置はまた、目盛り上の指針の現位置を計測値０にリセットする。

以上の初期化駆動処理により、メモリに記憶された現位置が計測値０にリセットされているとき、文字板上の指針も計測値０を指示することとなるため、脱調をリセットすることができる。また、電源が投入される毎に計測値０から指針の動作を開始することができる。

ところで、指針装置に対する電源投入が開始されるタイミングは、イグニッションスイッチがオンしたときだけではない。その他に、クランキングに伴うバッテリ電圧の低下に起因して電源投入が一時的に遮断され、その後バッテリ電圧が復帰して再び電源投入されるタイミングもある。クランキングによる電源の瞬断直前には、燃料計などに用いられる指針はすでにある程度大きな計測値を示している場合が多い。

電源瞬断から復帰する毎に指針をフルスケール分、復帰方向に回転させると、片とストッパとが当たったり離れたりを繰り返すリバウンド回数が増え、さらに初期化駆動処理に時間がかかってしまう。そこで、従来より、クランキングによる電源の瞬断直前にメモリ内に格納されている指針の現位置を保持し、その後に電源投入が復帰したときに指針の現位置から計測値０までの角度に角度α°（例えば１０°）を加算した分だけ、ステッピングモータを復帰方向に回転させることが考えられている（例えば特許文献１〜３）。

特開２００７−１１４０４２号公報 特開２００７−３２５４２１号公報 特開２００８−８６７６号公報

しかしながら、初期化駆動処理中に電源瞬断が何回も連続して発生すると、ステッピングモータの励磁コイルが励磁状態から無励磁状態、無励磁状態から励磁状態を繰り返し、この励磁状態の変化に伴って、図５に示すように、計測値０から離れる方向に指針が回転する恐れがある。このため、瞬断後に電源復帰したときに指針の現位置から計測値０までの角度＋α°戻すだけでは指針が計測値０に戻りきれない恐れがあった。

そこで、本発明は、初期化駆動処理中に電源瞬断が複数回発生しても、完全に脱調をリセットできるステッピングモータ装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、指針を駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材と当接して前記ステッピングモータの回転を機械的に停止させて前記指針を初期位置に強制的に停止させるストッパと、前記指針の現位置が記憶される不揮発性のメモリ手段と、電源が投入されると前記メモリ手段に記憶された現位置と前記初期位置との差分に応じた第１復帰角度だけ前記指針が復帰方向に回転するように前記ステッピングモータを回転させる初期化駆動手段と、を備えたステッピングモータ装置において、前記初期化駆動手段による駆動中の前記電源の瞬断回数が２以上に設定された所定回数以上であるか否かを判定する判定手段を備え、前記初期化駆動手段が、前記所定回数以上であると判定されたときに、前記第１復帰角度よりも大きい第２復帰角度だけ前記指針が復帰方向に回転するように前記ステッピングモータを回転させることを特徴とするステッピングモータ装置に存する。

請求項２記載の発明は、前記初期化駆動手段により前記指針を回転させているときにオンされ、回転が終了するとオフされるフラグを備え、前記判定手段が、前記電源投入後に前記フラグがオンしているとき前記電源の瞬断が所定回数以上であると判定す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装置に存する。

請求項３記載の発明は、前記第２復帰角度が、前記指針のフルスケール角度に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ装置に存する。

以上説明したように請求項１記載の発明によれば、初期化駆動手段が、瞬断回数が所定回数以上であると判定されたときに、第１復帰角度よりも大きい第２復帰角度だけ指針が復帰方向に回転するようにステッピングモータを回転させるので、初期化駆動処理中に電源瞬断が複数回発生しても、完全に脱調をリセットできる。しかも、瞬断回数が所定回数未満であれば、第２復帰角度よりも小さい第１復帰角度だけ戻せばよく、リバウンドの防止や初期化動作にかかる時間の短縮を図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、フラグのオンオフにより簡単に瞬断が所定回数以上であるか否かを判定できる。

請求項３記載の発明によれば、第２復帰角度が指針のフルスケール角度に設定されているので、初期化動作中に電源瞬断が複数回発生しても、確実に脱調をリセットできる。

本発明のステッピングモータ装置を組み込んだ指針装置の正面図である。 図１に示す指針装置の電気構成を示すブロック図である。 図１に示す指針装置の部分分解斜視図である。 図２に示す指針装置を構成するマイコンの初期化駆動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図である。

以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明のステッピングモータ装置を組み込んだ指針装置の正面図である。図２は、図１に示す指針装置の電気構成を示すブロック図である。図３は、図１に示す指針装置の部分分解斜視図である。

図２に示すように、指針装置１は、複数の指針２（図１、図３参照）と、これら指針２をそれぞれ駆動する複数のステッピングモータ３と、これらステッピングモータ３の回転を制御するマイクロコンピュータ４（以下マイコン４）と、各種データを格納する不揮発性のメモリ手段であるＥＥＰＲＯＭ５と、を備えている。

上記指針２は、図１や図３に示すように、速度センサなどのセンサの計測値を示す目盛りが設けられた文字板上に設けられている。上記ステッピングモータ３は各々、図２に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂと、これらＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂ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３２と、マグネットロータ３２の駆動力を指針２に伝えるギア３３ａ〜３３ｃ（ギア３３ｂ、３３ｃについては図３参照）と、これらを収容するケース（図２参照）と、を備えている。

図２に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂは、軸方向が９０度で交差するようにケース内に収容されている。マグネットロータ３２は、円盤状に設けられ、その外周に沿ってＮ極Ｓ極が交互に３極づつ着磁されている。ギア３３ａは、マグネットロータ３２の回転軸に固定されている。ギア３３ｂは、図３に示すように、指針２の固定軸に固定されている。ギア３３ｃは、図３に示すように、マグネットロータ３２に固定されたギア３３ａと、指針２に固定されたギア３３ｂと、の双方に噛み合うように設けられている。これにより、マグネットロータ３２が回転するとギア３３ａ〜３３ｃを介して指針２も回転する。

また、上記ステッピングモータ３は、図３に示すように、マグネットロータ３２の回転に連動する被駆動部材としての片３４と、片３４と当接してステッピングモータ３の回転を機械的に停止させるストッパ３５と、を有している。片３４は、上述したギア３３ｂに固定された円盤部３６に突設されている。ストッパ３５は、ケースに突設されている。上述した片３４とストッパ３５とが当接したときに指針２が文字板に設けた目盛り上の計測値０を指示するように、指針２がステッピングモータ３の回転軸に打ち込まれている。

以下、片３４がストッパ３５に向かうステッピングモータ３の回転を復帰方向とする。これに対して、復帰方向と反対方向、即ち片３４がストッパ３５からはなれるステッピングモータの回転を正転方向とする。

上記マイコン４は、図２に示すように、電源ＩＣ６からの電源供給を受けて動作する。電源ＩＣ６は、車載バッテリＢからマイコン４に対する供給電圧を生成する。また、上記マイコン４には、イグニッションスイッチＩＧがインタフェース（Ｉ／Ｆ）７を介して接続されている。上記マイコン４は、駆動回路４１として機能し、ステッピングモータ３のＡ相励磁コイル３１ａ、Ｂ相励磁コイル３１ｂに対して駆動電圧を出力している。なお、本実施形態では、マイコン４を駆動回路４１として機能させていたが、マイコン４とは別に駆動回路４１を設けてもよい。

次に、上述した構成の指針装置１の動作について説明する。電源投入に応じて、マイコン４は、復帰方向にステッピングモータ３を回転させて、片３４を強制的にストッパ３５に当接させると共にＥＥＰＲＯＭ５内の指針２の現位置を０°（＝計測値０、初期位置）にリセットする初期化駆動処理を開始する。

その後、マイコン４は、指針２に文字板の目盛り上の計測値を指示するために通常駆動処理を行っている。通常駆動処理において、マイコン４は、ＥＥＰＲＯＭ５内に記憶された指針２の現位置θと図示しないセンサから入力される目標指示位置θｉとの差分である移動量（θｉ−θ）だけステッピングモータ３を回転させる。

同時にマイコン４は、所定時間毎にステッピングモータ３に供給した駆動電圧に基づいてＥＥＰＲＯＭ５内の指針２の現位置θを更新する。なお、指針２の現位置θは、指針２の現位置と計測値０（初期位置）との差分で表されている。これにより、指針２が上記文字板上の計測値を指示するようになる。

次に、上記概略で説明した初期化駆動処理における指針装置１の動作の詳細について図４を参照して以下説明する。図４は、図１に示す指針装置１を構成するマイコン４の初期化駆動処理手順を示すフローチャートである。

上述したマイコン４は、電源投入に応じて初期化駆動処理を開始する。初期化駆動処理においてマイコン４は、イグニッションスイッチＩＧのオンに応じた電源投入であるウエイクアップ時であるか否かを判定する（ステップＳ１）。このステップＳ１においては、マイコン４は、例えばＥＥＰＲＯＭ５内に記憶されている指針２の現位置θが０°（初期位置）であるときウエイクアップ時であると判定し、０°でなければウエイクアップ時ではないと判定する。

ウエイクアップ時であると判定すると（ステップＳ１でＹ）、マイコン４は、初期化駆動手段として働き、各指針２をγ°（例えば２°）だけ復帰方向に回転させた後（ステップＳ２）、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、全ステッピングモータ３について復帰が終了したか否かを判定し、復帰が終了していれば（ステップＳ３でＹ）、マイコン４は、後述するＫＡＭフラグを０にセットすると共に指針２の現位置θを０°にセットして（ステップＳ４）、処理を終了する。

これに対して、ウエイクアップ時でないと判定すると（ステップＳ１でＮ）、マイコン４は、ＥＥＰＲＯＭ５に記憶されている指針２の現位置θが正常値か否かを判定する（ステップＳ５）。車載バッテリＢが接続される前（即ち出荷前）においては、ＥＥＰＲＯＭ５に記憶された指針２の現位置θとして異常値が初期値として記録されている。

指針２の現位置θが異常値であり（ステップＳ５でＮ）、車載バッテリＢの接続による電源投入であると判定すると、マイコン４は、各指針２をフルスケールβ°（例えば２７０°）だけ復帰方向に回転させた後（ステップＳ６）、ステップＳ３に進む。

一方、指針２の現位置が正常値であれば（ステップＳ５でＹ）、マイコン５は、電源の瞬断から復帰による電源投入であると判定し、次に、判定手段として働き、ＫＡＭフラグが０か否かを判定する（ステップＳ７）。ＫＡＭフラグが０であれば（ステップＳ７でＹ）、１回目の電源瞬断からの復帰による電源投入であると判定し、マイコン４は、初期化駆動手段として働き、指針２の現位置θと０°との差分にα°（例えば１０°）加算した角度（θ＋α°）だけ指針２を復帰方向に回転させた後（ステップＳ８）、ステップＳ３に進む。

一方、ＫＡＭフラグが１であれば（ステップＳ７でＮ）、２回（＝所定回数）目の電源瞬断からの復帰による電源投入であると判定し、マイコン４は、ステップＳ６に進んで初期化駆動手段として働き、各指針２をフルスケールβ°だけ復帰方向に回転させた後、ステップＳ３に進む。以上の動作から明らかなように、角度γ°や角度（θ＋α°）が第１復帰角度に相当し、角度β°（＞θ＋α°）が第２復帰角度に相当する。

上述した実施形態によれば、マイコン４が、瞬断回数が２回以上であると判定されたときに、角度（θ＋α°）のステッピングモータ３の復帰を停止させ、角度（θ＋α°）よりも大きい角度β°（フルスケール）だけ指針２が復帰方向に回転するようにステッピングモータ３を回転させるので、初期化駆動処理中に電源瞬断が複数回発生しても、完全に脱調をリセットできる。しかも、瞬断回数が２回未満であれば、角度β°よりも小さい角度（θ＋α°）だけ戻せばよく、リバウンドの防止や初期化駆動処理にかかる時間の短縮を図ることができる。

また、上述した実施形態によれば、角度（θ＋α°）だけ指針２を復帰方向に回転させているときにオンされ、回転が終了するとオフされるＫＡＭフラグを備え、マイコン４が、電源投入後にＫＡＭフラグがオンしているとき電源の瞬断が２回以上であると判定するので、ＫＡＭフラグのオンオフにより簡単に瞬断が２回以上であるか否かを判定できる。

また、上述した実施形態によれば、角度β°がフルスケール角度に設定されているので、初期化駆動処理中に電源遮断が２回発生しても、確実に脱調をリセットできる。

なお、上述した実施形態によれば、ＫＡＭフラグが１で２回目の電源瞬断からの復帰のときはフルスケール角度、復帰方向に指針２を回転させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、２回目の電源瞬断からの復帰時は角度（θ＋α°）よりも大きい角度だけ復帰方向に回転させればよく、角度（θ＋δ°）（δ°＞α°）だけ復帰方向に指針２を回転させるようにしてもよい。また、フルスケール角度（最大メモリ角度）を上限とせずに、指針２の最大振り切れ角度（指針が見返し外装・加飾リング等に当接する角度）に設定しても良い。

また、上述した実施形態によれば、瞬断からの復帰により電源が投入されたときにオンされ、初期化駆動処理を終了するときにオフされるＫＡＭフラグを用いて、２回目の電源瞬断からの復帰時にフルスケール角度、復帰方向に指針２を回転させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、瞬断からの復帰により電源が投入される毎にカウントアップされるカウンタを用いて、初期化駆動処理中の３回目、４回目…以上の電源瞬断からの復帰時にフルスケール角度、復帰方向に指針２を回転させてもよい。

また、上述した実施形態によれば、瞬断からの復帰により電源が投入されたときにオンされるＫＡＭフラグを設けていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、ウエイクアップ時や車載バッテリＢ接続時にオンされるフラグを設けても良い。これにより、フラグの状態により瞬断がウエイクアップ時に起きたのか、車載バッテリＢ接続時に起きたのかが識別できるようになる。

また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

２ 指針
３ ステッピングモータ
４ マイコン（初期化駆動手段、判定手段）
５ ＥＥＰＲＯＭ（メモリ手段）
３４ 片（被駆動部材）
３５ ストッパ

Claims (3)

1. 指針を駆動するステッピングモータと、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材と当接して前記ステッピングモータの回転を機械的に停止させて前記指針を初期位置に強制的に停止させるストッパと、前記指針の現位置が記憶される不揮発性のメモリ手段と、電源が投入されると前記メモリ手段に記憶された現位置と前記初期位置との差分に応じた第１復帰角度だけ前記指針が復帰方向に回転するように前記ステッピングモータを回転させる初期化駆動手段と、を備えたステッピングモータ装置において、
   前記初期化駆動手段による駆動中の前記電源の瞬断回数が２以上に設定された所定回数以上であるか否かを判定する判定手段を備え、
   前記初期化駆動手段が、前記所定回数以上であると判定されたときに、前記第１復帰角度よりも大きい第２復帰角度だけ前記指針が復帰方向に回転するように前記ステッピングモータを回転させる
   ことを特徴とするステッピングモータ装置。
2. 前記初期化駆動手段により前記指針を回転させているときにオンされ、回転が終了するとオフされるフラグを備え、
   前記判定手段が、前記電源投入後に前記フラグがオンしているとき前記電源の瞬断が所定回数以上であると判定する
   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装置。
3. 前記第２復帰角度が、前記指針のフルスケール角度に設定されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のステッピングモータ装置。

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