(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された回転子、複数の励磁ステップ１サイクルが構成される励磁パターンに応答して前記回転子を前記励磁ステップに応じた角度毎回転させる駆動コイル、及び前記回転子の回転運動に応じた磁束変化にる誘導電圧を検出する検出素子を有するステッパモータと、
前記回転子の回転により位置制御される被駆動部材をストッパで定められるゼロ位置に設定し、このときの前記被駆動部材の位置と計数機構を同期させるゼロ位置設定装置と、
前記検出素子により検出される誘導電圧に基づいて前記被駆動部材が前記ゼロ位置に設定されたかどうかを判断するゼロ位置判断手段と、
を備えたステッパモータ駆動回路において、
前記ゼロ位置設定装置は、前記被駆動部材が前記ゼロ位置方向に移動するように前記回転子を回転させる複数の励磁ステップで１サイクルが構成され、この１サイクルの中に、前ステップからのステップ遷移の際に他の励磁ステップよりも前記回転子の回転量が大きくなるような検出励磁ステップを設けたゼロ位置検出励磁パターンを生成し、
前記検出素子は、この検出励磁ステップにおいて前記誘導電圧を検出する
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項２】
請求項１記載のステッパモータ駆動回路において、
ゼロ位置検出励磁パターンは、ステップが遷移する毎に前記回転子を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップで１サイクルが構成される基本励磁パターンに対して、このうちの特定励磁ステップをこの特定励磁ステップの次励磁ステップに置換することにより前記検出励磁ステップが設けられた
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項３】
請求項１又は２記載のステッパモータ駆動回路において、
前記検出素子は、前記ゼロ位置検出励磁パターンが供給され前記回転子を回転させ、供給される駆動電圧がゼロである前記検出励磁ステップで前記誘導電圧を検出するコイルを含む
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項４】
請求項３記載のステッパモータ駆動回路において、
前記検出励磁ステップは、前記検出素子に供給される駆動電圧がゼロとなる前記ゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最初の励磁ステップである
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項５】
請求項１〜４いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、
前記誘導電圧を前記検出励磁ステップ内で複数回サンプリング検出後平均化し、この平均化した値を前記誘導電圧として前記ゼロ位置判断手段に供給する平均化手段
をさらに有することを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、
前記ゼロ位置検出励磁パターン生成手段は、前記被駆動部材がどの位置にあっても前記ゼロ位置に復帰するのに十分なサイクルの前記ゼロ位置検出励磁パターンの生成後はこのパターンの生成を停止する
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項７】
請求項６記載のステッパモータ駆動回路において、
前記検出励磁ステップの前に、前記回転子を安定させるために十分な時間割り当てられた安定化励磁ステップを設けた
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項８】
請求項１〜７いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、
前記ステッパモータ駆動回路は車載される
ことを特徴とするステッパモータ駆動回路。
【請求項９】
請求項１〜８いずれか記載のステッパモータ駆動回路に用いられる初期設定方法であって、
前記被駆動部材をストッパで定められるゼロ位置に設定した状態に前記ゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最後の励磁ステップが対応するように初期設定したことを特徴とするステッパモータ駆動回路に用いられる初期設定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッパモータ駆動回路に関し、特に、ステッパモータにより位置制御される表示指針がそのゼロ位置を定めたストッパに接触したかどうかを検出するために回転子の回転により発生する誘導電圧を検出し、ストッパが上記ゼロ位置に設定されたかどうかを判定するゼロ位置検出処理（以下ゼロ検という）を効率的に行うことのできるステッパモータ駆動回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車速を表示するスピードメータやエンジンの回転数を表示するタコメータ等の車載メータには、応答性や価格的な理由で近年ステッパモータが多用されている。しかしながら、ステッパモータを搭載する車両の振動やエンジンノイズ等により発生した誤った駆動信号等により、ステッパモータの回転に連動する指針の本来移動すべき移動量と実際の移動量との間に差異が生じてしまう場合がある。このような場合を想定して、例えば、イグニッションスイッチのオンのタイミングで、指針を上記ストッパで定められるゼロ位置に戻すと共に、このときの指針の位置に同期させて計数機構の初期設定を行うゼロ位置設定処理が行われる。上記処理において、指針がゼロ位置に戻ったかどうか、すなわち、指針がストッパ７に接触したかどうかを判定するために、回転子の回転により発生する誘導電圧を検出する上記ゼロ検が行われている。
【０００３】
まず従来のゼロ検を図７及び図８を用いて説明する。
図７は従来のゼロ検による各励磁ステップ、ゼロ位置検出励磁パターン、検出タイミング信号及び誘導電圧の関係を示す図である。図８は、図７の各励磁ステップと回転子の回転パターンの関係を示す図である。括弧内の数字は回転子の回転角である。長方形の中の数字はステップ番号を示す。なお、これらの図においてはゼロ検時には矢印で示す方向にステッパモータの回転子が回転するものと想定する。この回転子にはそれぞれ５つのＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁されている。
【０００４】
回転子を回転させるための励磁信号は、 Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号からなり、それらはＨ（ハイレベル）及びＬ（ローレベル）の組み合わせにより構成される。このＨは例えば５ボルトであり、Ｌは０ボルトである。 Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号は駆動用コイルＣ１のそれぞれａ端及びｂ端に供給される。 また、Ｃ２−ａ信号、Ｃ２−ｂ信号は駆動兼検出用コイルＣ２のそれぞれａ端及びｂ端に供給される。
【０００５】
回転子にギア連結された指針がストッパで定められたゼロ位置方向に移動するように回転子を回転させるためのゼロ位置検出励磁パターンの１サイクルは、均等時間割り当てられた８つの励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で構成されている。
【０００６】
励磁ステップ１の励磁信号（Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号からなる）とそれに対応する回転子の回転パターンが同期しており、励磁ステップが１、８、７、６、５、４、３及び２の順に移行するにしたがって、回転子は図８に示すように９度ずつ回転していく。例えば、励磁ステップ１から励磁ステップ８に遷移する際には、回転子はその励磁信号（Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号）によって、回転角０度から９度に角度変移する。以下の各励磁ステップ間の角度変移量も同様に９度である。なお、励磁ステップ２から次のサイクルの励磁ステップ１に移行する際の角度変移量も９度である。
このような８つの励磁ステップからなるサイクルが、指針がストッパに接触するまで、すなわち、回転子が回転できなくなりコイルＣ２により検出される誘導電圧が所定の基準電圧を下回るまで基本的に繰り返される。
【０００７】
検出タイミング信号はコイルＣ２の両端ａ及びｂに供給されるＣ２−ａ及び信号Ｃ２−ｂ信号がＬ（ゼロボルト）になる励磁ステップ７でＨになるように設定されている。この検出タイミング信号に応答して、コイルＣ２により検出される誘導電圧が所定の基準電圧と比較される。指針６がストッパ７に接触すると、誘導電圧は理論的にはゼロになるはずなので上記基準電圧を下回ることになり、これを持ってゼロ検終了とすることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のゼロ検では１サイクルの中の全ての励磁ステップは、次の励磁ステップに遷移する際に均等な角度づつ回転子を回転させる。つまり、上記検出励磁ステップに前の励磁ステップから遷移する際にも、他の駆動励磁ステップ間と同じ角度だけ回転子が回転するのみである。
【０００９】
一方、ステッパモータの使用環境や経年変化等により、上記検出励磁ステップにおいて検出される誘導電圧は低下することもある。そのような場合、他の駆動励磁ステップと同じ角度変移量だけしか得られない従来の検出励磁ステップでは、図７に示すように、指針がストッパに未だ接触しておらず回転子が回転しているのにも関わらず、検出される誘導電圧は基準電圧を下回ってしまい、この点で指針がストッパに接触したと判断されてしまうことも予想される。そうすると、正確なゼロ検が行えなくなり、その結果、指針も誤表示をしたまま修正されなくなってしまうという問題があった。これが、速度メータに連結されたステッパモータであれば、実際の速度を指針が正しく表示できない場合が発生し交通事故の原因にもなりかねない。
【００１０】
よって本発明は、上述した現状に鑑み、従来のゼロ検励磁パターンの基本形を維持しながらもより確実にゼロ検を行うことができるステッパモータ駆動回路を提供することを課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためになされた請求項１記載のステッパモータ駆動回路は、図１〜３に示すように、Ｎ極及びＳ極が交互に均等に着磁された回転子３、複数の励磁ステップ１、７a、７ｂ、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される励磁パターンに応答して前記回転子３を前記励磁ステップに応じた角度毎回転させる駆動コイル、及び前記回転子３の回転運動に応じた磁束変化にる誘導電圧を検出する検出素子を有するステッパモータと、前記回転子３の回転により位置制御される被駆動部材をストッパ７で定められるゼロ位置に設定し、このときの前記被駆動部材の位置と計数機構を同期させるゼロ位置設定装置と、前記検出素子により検出される誘導電圧に基づいて前記被駆動部材が前記ゼロ位置に設定されたかどうかを判断するゼロ位置判断手段とを備えたステッパモータ駆動回路１において、前記ゼロ位置設定装置は、前記被駆動部材が前記ゼロ位置方向に移動するように前記回転子３を回転させる複数の励磁ステップ１、７a、７ｂ、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成され、この１サイクルの中に、前ステップからのステップ遷移の際に他の励磁ステップ１、６、５、４、３及び２よりも前記回転子３の回転量が大きくなるような検出励磁ステップ７a及び７ｂを設けたゼロ位置検出励磁パターンを生成し、前記検出素子は、この検出励磁ステップ７a及び７ｂにおいて前記誘導電圧を検出することを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載のステッパモータ駆動回路によれば、ステッパモータの回転子３の回転により位置制御される被駆動部材をストッパ７で定められるゼロ位置に設定し、このときの被駆動部材の位置と計数機構を同期させるゼロ位置設定装置と、上記回転子３の回転に応じて検出される誘導電圧に基づいて被駆動部材がゼロ位置に設定されたかどうかを判断するゼロ位置判断手段とを備える。
そしてゼロ位置設定装置は、被駆動部材がゼロ位置方向に移動するように回転子３を回転させる複数の励磁ステップ１、７a、７ｂ、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成されるゼロ位置検出励磁パターンを生成する。上記１サイクルの中には、前ステップからのステップ遷移の際に他の励磁ステップよりも回転子３の回転量が大きくなるような検出励磁ステップ７a及び７ｂが設けられ、この検出励磁ステップ７a及び７ｂで検出素子は誘導電圧を検出することによって、被駆動部材がゼロ位置に設定されたかどうかが判断される。検出励磁ステップ７a及び７ｂに遷移する際に回転子３の回転量が大きくなるのでより大きな誘導電圧が検出励磁ステップ７a及び７ｂで検出可能となる。
なお、上記被駆動部材とは回転子３の回転により位置制御される部材を示し、例えば、片９、指針６、あるいはギア４、５等のいずれであってもよい。また、ここでいうストッパ７で定められるゼロ位置とは、必ずしも被駆動部材の可動範囲の端部である必要はない。例えば、ゼロ位置検出時のみに出現するストッパ７により定められる基準位置を上記ゼロ位置としてもよい。また、上記ゼロ位置は、指針６が計数機構に応答して表示値を示す際の表示原点、例えば、速度メータの０ｋｍ／ｈ点等とは必ずしも一致はしない場合もある。
【００１３】
上記課題を解決するためになされた請求項２記載のステッパモータ駆動回路は、請求項１記載のステッパモータ駆動回路において、ゼロ位置検出励磁パターンは、図７及び図８に示すようなステップが遷移する毎に前記回転子３を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁パターンに対して、このうちの特定励磁ステップ８をこの特定励磁ステップ８の次励磁ステップ７に置換することにより、図２及び図３に示すような検出励磁ステップ７a及び７ｂが設けられたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載のステッパモータ駆動回路によれば、図７及び図８に示すようなステップが遷移する毎に回転子３を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁パターンに対して、このうちの特定励磁ステップ８が次励磁ステップ７に置換された検出励磁ステップ７a及び７ｂが設けられた図２及び図３に示すようなゼロ位置検出励磁パターンが生成される。すなわち、特定励磁ステップ８がスキップされ、その代わりに励磁ステップ７が連続的に割り当てられたことになる。従って、励磁ステップ１から一気にステップ７に遷移するようになり、回転子３もこの間の励磁信号の変化に応じて通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。その結果、より大きな誘導電圧が発生する。
【００１５】
上記課題を解決するためになされた請求項３記載のステッパモータ駆動回路は、図１〜図３に示すように、請求項１又は２記載のステッパモータ駆動回路において、前記検出素子は、前記ゼロ位置検出励磁パターンが供給され前記回転子３を回転させ、供給される駆動電圧がゼロである前記検出励磁ステップ７a及び７ｂで前記誘導電圧を検出するコイルＣ２を含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載のステッパモータ駆動回路によれば、検出素子は、ゼロ位置検出励磁パターンが供給され回転子３を回転させると共に供給される駆動電圧がゼロである検出励磁ステップ７a及び７ｂで誘導電圧を検出するコイルＣ２を含む。すなわち、誘導電圧検出素子は回転子駆動用コイルにも兼用されている。
【００１７】
上記課題を解決するためになされた請求項４記載のステッパモータ駆動回路は、図２及び図３に示すように、請求項３記載のステッパモータ駆動回路において、前記検出励磁ステップ７a及び７ｂは、前記検出素子に供給される駆動電圧がゼロとなる前記ゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最初の励磁ステップであることを特徴とする。
【００１８】
請求項４記載のステッパモータ駆動回路によれば、検出励磁ステップ７a及び７ｂは、検出素子に供給される駆動電圧がゼロとなるゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最初の励磁ステップである。すなわち、図２及び図３に示すように、検出素子Ｃ２に供給される駆動電圧がゼロとなる励磁ステップは１サイクル中に励磁ステップ７a及び７ｂ、並びに励磁ステップ３の２回あるが、本発明ではそのうちの最初の励磁ステップである７a及び７ｂを検出励磁ステップとしている。
【００１９】
上記課題を解決するためになされた請求項５記載のステッパモータ駆動回路は、図１及び図６に示すように、請求項１〜４いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、前記誘導電圧を前記検出励磁ステップ７a及び７ｂ内で複数回サンプリング検出後平均化し、この平均化した値を前記誘導電圧として前記ゼロ位置判断手段に供給する平均化手段をさらに有することを特徴とする。
【００２０】
請求項５記載のステッパモータ駆動回路によれば、図６に示すように、平均化手段が誘導電圧を検出励磁ステップ７a及び７ｂ内で複数回サンプリング検出後平均化する。従って、種々の誘導電圧変動要因の影響を軽減できる。
【００２１】
上記課題を解決するためになされた請求項６記載のステッパモータ駆動回路は、図４及び図５に示すように、請求項１〜５いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、前記ゼロ位置検出励磁パターン生成手段は、前記被駆動部材がどの位置にあっても前記ゼロ位置に復帰するのに十分なサイクルの前記ゼロ位置検出励磁パターンの生成後はこのパターンの生成を停止することを特徴とする。
【００２２】
請求項６記載のステッパモータ駆動回路によれば、図４に示すように、被駆動部材が前記ゼロ位置に復帰するまで（図４の処理ステップＳ５）、ゼロ位置検出励磁パターンはサイクリックに生成されるが、被駆動部材がどの位置にあってもゼロ位置に復帰するのに十分なサイクル（図４の処理ステップＳ６）のゼロ位置検出励磁パターンの生成後はこのパターンの生成を停止する。
【００２３】
上記課題を解決するためになされた請求項７記載のステッパモータ駆動回路は、図４及び図５に示すように、請求項６記載のステッパモータ駆動回路において、前記検出励磁ステップ７a及び７ｂの前に前記回転子３を安定させるために十分な時間割り当てられた安定化励磁ステップ１を設けたことを特徴とする。
【００２４】
請求項７記載のステッパモータ駆動回路によれば、図５に示すように、検出励磁ステップ７a及び７ｂの前に回転子３を安定させるために十分な時間割り当てられた安定化励磁ステップ１を設けている。この安定化励磁ステップ１は、回転子３を安定させるために十分な時間割り当てられており、回転子３は検出励磁ステップ７a及び７ｂの直前で安定状態になる。
【００２５】
上記課題を解決するためになされた請求項８記載のステッパモータ駆動回路は、請求項１〜７いずれか記載のステッパモータ駆動回路において、前記ステッパモータ駆動回路は車載されることを特徴とする。
【００２６】
請求項８記載のステッパモータ駆動回路によれば、本ステッパモータ駆動回路は車載される。すなわち、車両では各種の雑音や振動等が発生しやすく、上記計数装置による計数値と、ステッパモータの回転子３の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。このような環境下及び条件下において本発明のステッパモータ駆動回路は非常に有効である。
【００２７】
上記課題を解決するためになされた請求項９記載の初期設定方法は、請求項１〜８いずれか記載のステッパモータ駆動回路に用いられる初期設定方法であって、前記被駆動部材をストッパ７で定められるゼロ位置に設定した状態に前記ゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最後の励磁ステップ２が対応するように初期設定したことを特徴とする。
【００２８】
請求項９記載のステッパモータ駆動回路に用いられる初期設定方法によれば、前記被駆動部材をストッパ７で定められるゼロ位置に設定した状態に前記ゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最後の励磁ステップ２が対応するように初期設定される。すなわち、回転子３と連結される各ギアの遊びを考慮して初期設定が行われる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
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駆動回路及びそれが適用されるシステムを示すブロック図である。
【００３０】
まず、動作概要を説明する。図中、ステッパモータ駆動回路１は、車速センサのセンサ出力ＰＳに基づいて計数装置２が生成する計数データを計数データ入力端子ＲＸＤを介して受信する。そして、ステッパモータ駆動回路１は、ステッパモータの回転子３を回転駆動するための励磁信号を励磁信号出力端子Ｔｘ１ａ、Ｔｘ１ｂ、Ｔｘ２ａ及びＴｘ２ｂから出力し、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２に供給する。第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２はこの励磁信号に応じてそれぞれの端部ａ及びｂがＮ又はＳ極になり、回転子３に交互に均等に着磁されたＮ極及びＳ極との吸引又は反発作用によって、回転子３を回転駆動する。この回転子３は中間ギア４を介して出力ギア５に機械的に連結され、出力ギア５を回転駆動する。この回転駆動される出力ギア５は、この回転駆動に連動して速度計のメータ８上に割り振られた速度目盛りの所定値を指示する指針６を有している。例えば、増速時には回転子３、ギア４、５及び指針６は図中矢印で示す方向に回転移動し、減速時又はゼロ検時にはこれとは逆方向に回転移動する。
【００３１】
通常時には、指針６は、センサ出力ＰＳに対応するメータ８上の所定の速度目盛りを指示する。この指針６は、片９とストッパ７とで定められ、これ以上指針６が図中矢印と逆方向に移動できない位置をゼロ位置としている。なお、メータ上の表示原点、すなわち、速度０ｋｍ／ｈ点は上記ゼロ位置よりやや正転方向に移動した点に設けられている。
【００３２】
上述のような通常時の動作に対して、この駆動回路１を搭載する車両の振動やエンジンノイズ等により発生した誤った駆動信号等により、指針６が本来移動すべき移動量と実際の移動量との間に差異が生じてしまう場合がある。このような場合を想定して、例えば、イグニッションスイッチのオンのタイミングで、指針６を指針ゼロ位置に戻すと共にこれに同期させて計数装置２による計数機構を初期設定するゼロ位置設定処理が行われる。本実施形態では、ギア５に突設する上記片９を上記ストッパ７で定められるゼロ位置に戻すことにより、指針６が上記指針ゼロ位置に復帰したものとしている。このようなゼロ位置復帰に利用する部材は、回転子３の回転により位置制御されるものであれば上記片９に限定する必要はなく、例えば、指針自体、あるいはギア４、５の一部分等のいずれでも可能である。従って、以後は説明を簡略化するために、代表して指針６をストッパ７で定めるゼロ位置に戻すことにより、一連のゼロ位置設定処理が行われるものとして説明する。
上記指針６がゼロ位置に戻ったかどうか、すなわち、指針６がストッパ７に接触したかどうかを判定するために、回転子３の回転により発生する誘導電圧を検出し上記判定を行う前述のゼロ検が行われる。
【００３３】
次にステッパモータ及びステッパモータ駆動回路１の構成に関して説明する。ステッパモータは、基本的に回転子３、第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２から構成される。この第１のコイルＣ１の端子ａ及びｂにはそれぞれステッパモータ駆動回路１の出力端子ＴＸ１ａ及びＴＸ１ｂから、回転子３を駆動するための上記励磁信号が供給される。第２のコイルＣ２の端子ａ及びｂにはそれぞれステッパモータ駆動回路１の出力端子ＴＸ２ａ及びＴＸ２ｂから、回転子３を駆動するための励磁信号が供給される。
【００３４】
上記第１のコイルＣ１は回転子３を駆動するための駆動専用素子であるが、第２のコイルＣ２は回転子３を駆動すると共に後述する所定の励磁ステップでは、回転子３の回転に基づき発生する誘導電圧を検出するための誘導電圧検出素子としても機能する。この第２のコイルＣ２は抵抗Ｒ１、Ｒ２及びコンデンサＣ１から構成されるフィルタ回路に接続され、これを介して上記回転に応じた誘導電圧が誘導電圧入力端子ＲＸＩに供給される。この誘導電圧が上記ゼロ検に用いられることになる。なお、上記コンデンサＣ１の値は、例えば、１０００ｐＦであり、抵抗Ｒ１及びＲ２の値は共に１０ｋΩである。
【００３５】
ステッパモータ駆動回路１は、シリアルパラレル変換部１１、波形パターン発生部１２、平均化処理部１３、誘導電圧比較部１４、ゼロ検制御部１５及び出力バッファ部１６を有する。
【００３６】
シリアルパラレル変換部１１は計数データ入力端子ＲＸＤを介して計数装置２から送出されてくる上記計数データを受信し、コイルＣ１及びＣ２に供給する励磁信号に対応するパラレルデータに変換して波形パターン発生部１２に供給する。
【００３７】
波形パターン発生部１２は、図示しないフィルタ部、ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部、パルス幅変調（ＰＷＭ）出力部から基本的に構成される。フィルタ部では受信したパラレルデータに対してそれぞれ所定の演算式に基づいてフィルタ処理をする。ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部は、フィルタ部での演算結果を基にＳＩＮ／ＣＯＳの象限データ及びＳＩＮ／ＣＯＳデータを所定時間毎に更新してＰＷＭ出力部に出力する。ＰＷＭ出力部は、ＳＩＮ／ＣＯＳ変換部からの所定時間毎に更新されるデータをＰＷＭ信号に変換して、コイルＣ１及びＣ２に供給する励磁信号を生成して、励磁信号出力端子ＴＸ１ａ、ＴＸ１ｂ、ＴＸ２ａ、及びＴＸ２ｂに供給する。波形パターン発生部１２はまた、ゼロ検制御部１５からの指令信号に応答して後述する励磁信号（Ｃ１−ａ、Ｃ１−ｂ、Ｃ２−ａ及びＣ１−ｂ信号）を生成して、これを出力バッファ部１６を介して、励磁信号出力端子ＴＸ１ａ、ＴＸ１ｂ、ＴＸ２ａ、及びＴＸ２ｂに供給する。波形パターン発生部１２はさらにまた、指針の滑らかな動きを見せるための回転子３をマイクロステップで制御する専用の駆動波形も発生し、ゼロ検制御部１５は確実にゼロ検制御を行うためにこの専用の駆動波形を出力するように制御することもできる。
【００３８】
平均化処理部１３は、図示しないサンプリング部、Ａ／Ｄ変換部及び平均値算出部により基本的に構成されている。サンプリング部は誘導電圧入力端子ＲＸＩから入力してきた誘導電圧を、後述する図６で示すように、上記検出タイミング信号に応答して、このタイミング信号Ｈの期間内に１５回サンプリング検出する。Ａ／Ｄ変換部はラダー抵抗及びコンパレータに組み合わせにより構成され、サンプリング部で１５回サンプリング検出された誘導電圧を３ビットの疑似データに変換する。平均値算出部は、Ａ／Ｄ変換部で３ビット変換された１５回分のデータを加算した後平均値を算出して誘導電圧比較部１４に出力する。
【００３９】
誘導電圧比較部１４は、コンパレータから基本的に構成されており、平均化処理部１３で平均化された誘導電圧を受けて上記指針６がストッパ７に接触したかどうかを検出するための基準となる予め設定された基準電圧値とを比較し、比較結果をゼロ検制御部１５に供給する。この基準電圧は、温度及び経年変化等に応じて、基準電圧設定端子ＲＸＲにより変更可能である。基準電圧設定端子ＲＸＲは、例えば、１組のピンスイッチの組み合わせにより構成される。使用環境や経時変化等を考慮して、上記基準電圧は、例えば、１２０ｍＶ、１４０ｍＶ、１５０ｍＶ又は１６０ｍＶに設定される。
【００４０】
ゼロ検制御部１５は、誘導電圧比較部１４からの比較結果及びゼロ検指令信号入力端子ＲＸＺからのゼロ検指令信号に応答して、波形パターン発生部１２に後述する図２及び図３に示すゼロ位置検出励磁パターン（Ｃ１−ａ、Ｃ１−ｂ、Ｃ２−ａ及びＣ１−ｂ信号）の生成を指令し、生成されたこの励磁パターンを出力バッファ部１６を介して出力させると共にゼロ検処理中であることを示すゼロ検モニタ信号を出力する。またゼロ検制御部１５は、ゼロ検指令信号に応答して、シリアルパラレル変換部１１に計数データの格納を停止するように指令を出す。
【００４１】
さらにゼロ検制御部１５は、上記ゼロ位置検出励磁パターンに同期して所定のタイミングで検出タイミング信号を生成し、このタイミングでＣ２−ｂ信号に対応する出力バッファ部１６を波形パターン発生部１２から切り離す。この検出タイミング信号は、誘導電圧の上記サンプリング及び平均化処理を行う平均化処理部１３にも供給される。これらに関わる処理は後に、図４及び図５を用いてさらに詳述する。
【００４２】
なお、計数装置２は、インターフェース（Ｉ／Ｆ）２２によって所定の信号レベルに変換された図示しない速度センサから送出されるセンサ出力ＰＳが入力される。ゼロ検モニタ信号がＨの状態で入力してきた上記センサ出力ＰＳに基づいて計数装置２は、この装置の有するソフトウエアプログラムによりセンサ出力ＰＳとそれに対応するステッパモータの目標回転角を算出し、この目標回転角にステッパモータを回転制御するための角度データ（又は計数データという）を生成し計数データ出力端子ＴＸＤから出力する。また計数装置２は、イグニッションスイッチ等の電源ＯＮ信号をトリガーとして、ゼロ検指令信号を生成しゼロ検指令信号出力端子ＴＸＺから出力する。
さらに計数装置２は、ゼロ検モニタ信号受信端子ＲＸＭを備え、ステッパモータ駆動回路１からゼロ検モニタ信号を受信する。ゼロ検モニタ信号のＬからＨへの変化、すなわち、ゼロ検終了に応答して、計数装置２は上記計数データの計数機構を初期値に設定する。なお、計数装置２はゼロ検モニタ信号がＬの期間では、上記センサ出力ＰＳには応答せず、従って上記計数データの生成は行わず出力端子ＴＸＤにはデータの送出も行わない。また、本実施形態ではゼロ検指令信号を端子ＴＸＺから入力しているが、これをシリアルデータに付け加えステップモータ駆動回路１内で判断させ生成させることも可能である。
【００４３】
次に図２及び図３を用いて、本発明に関わる各励磁ステップ、ゼロ位置検出励磁パターン、検出タイミング信号、誘導電圧及び回転子の回転パターンの関係を説明する。
【００４４】
図２は、本発明のステッパモータ駆動回路による各励磁ステップ、ゼロ位置検出励磁パターン、検出タイミング信号及び誘導電圧の関係を示す図である。図３は、図２の各励磁ステップと回転子の回転パターンの関係を示す図である。括弧内の数字は回転子の回転角である。長方形の中の数字はステップ番号を示す。回転子３はそれぞれ５つのＮ極及びＳ極が交互に均等に着磁された５磁極対である。ゼロ検時には矢印で示す半時計周りの方向に回転子３が回転するものと想定する。
【００４５】
回転子を回転させるための励磁信号は、Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号からなり、これらはＨ（ハイレベル）及びＬ（ローレベル）の組み合わせにより構成される。このＨは例えば５ボルトであり、Ｌは０ボルトである。コイルＣ１の両端子ａ及びｂにはそれぞれ図２に示されているようなＣ１−ａ信号、及びＣ１−ｂ信号が供給される。同様にコイルＣ２の両端子ａ及びｂにはそれぞれＣ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号が供給される。これら信号が供給された各コイルＣ１及びＣ２は、それらの端子ａ及びｂに供給される上記信号の電位差に応じて電流が流れ、回転子に対抗するコイル端部がＮ極又はＳ極になり、回転子に均等に着磁されたＮ又はＳ極に反発又は吸引されて回転子を回転駆動する。これらの励磁信号はゼロ検制御部１５からの指令に応答して、波形パターン発生部１２で生成され、出力バッファ部１６を介して出される。
【００４６】
図２及び図３において、図１で示したように回転子３にギア連結された指針６がストッパ７で定められたゼロ位置方向に移動するように回転子を回転させるためのゼロ位置検出励磁パターンの１サイクルは、８つの励磁ステップ１、７ａ、７ｂ、６、５、４、３及び２で構成されている。
【００４７】
励磁ステップ１の励磁信号（Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号からなる）とそれに対応する図３に示すような回転子の回転パターンが同期しており、励磁ステップが１、７ａ、７ｂ、６、５、４、３及び２の順に移行するにしたがって、回転子は図３に示すように所定の角度ずつ回転していく。
詳述すると、括弧内の回転角で示されるように、励磁ステップ１から７ａに移行する際には、回転子はその励磁信号（Ｃ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号によって、回転角０度から１８度に角度変移する。励磁ステップ７ａから７ｂに遷移する際には、励磁信号の波形は変化しないので回転角は１８度のままである。励磁ステップ７ｂから励磁ステップ６に移行する際には角度遷移量は９度となりそのときの回転角は２７度になる。同様に、励磁ステップ６から５、励磁ステップ５から４、励磁ステップ４から３及び励磁ステップ３から２にそれぞれ遷移する際も、角度変移は９度ずつであり、それぞれのステップに対応する回転角は３６度、４５度、５４度、及び６３度となる。なお、励磁ステップ２から次のサイクルの励磁ステップ１に移行する際の角度変移量も９度である。
【００４８】
このような８つの励磁ステップからなるサイクルが、指針がストッパに接触して回転子が回転できなくなるまで、すなわち、コイルＣ２により検出される誘導電圧が所定の基準電圧を下回るまで原則的に繰り返される。
【００４９】
検出タイミング信号は上記励磁ステップ７ａ及び７ｂのタイミングで、コイルＣ２に発生する誘導起電力を検出するため制御信号である。この検出タイミング信号に応答して、図１で示したフィルタ回路及び平均化処理部１３を介して、検出された誘導電圧が誘導電圧比較部１４に供給される。
【００５０】
この検出タイミングで誘導電圧比較部１４に供給された誘導電圧は、図２及び図３に示すように、後述する所定の基準電圧と比較される。この検出タイミングでは、指針がストッパに接触してない限り、回転子が回転するので誘導電圧が発生する。指針がストッパに接触すると、回転子はそれ以上図３に示す方向には回転することができないので誘導電圧は発生せず上記基準電圧を下回り、これにより指針のゼロ位置復帰動作が終了したと判断することができる。
【００５１】
上述したように検出励磁ステップ７a及び７ｂに前の励磁ステップから遷移する際に回転子の回転量が大きくなるので、図２及び図７の誘導電圧を比較すればわかるように、それに応じて誘導電圧も増大する。この結果、回転子が回転している際、すなわち、未だ指針がストッパに接触していない際の誘導電圧が確実に検出できるようになる。もちろん、指針がストッパに接触した際には上記誘導電圧は従来同様ゼロになるので、指針がストッパに接触しているときと、してないときとの誘導電圧の差が大きくなる。この結果、指針がストッパに接触したかどうかの判断が容易になり、すなわち、ゼロ検が確実にできるようになる。
【００５２】
詳述すると、図７に示すような、ステップが遷移する毎に回転子を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁パターンに対して、このうちの特定励磁ステップ８が次励磁ステップ７に置換された検出励磁ステップ７a及び７ｂが設けられたゼロ位置検出励磁パターンになっている。すなわち、特定励磁ステップ８がスキップされ、代わりに励磁ステップ７が連続的に割り当てられている。従って、励磁ステップ１から一気にステップ７に遷移するようになり、回転子もこの間の励磁信号の変化に応じて通常励磁ステップの２倍の角度変移をすることになる。このように、通常励磁ステップ１、６、５、４、３、２及び１は各励磁ステップごとに等角度毎回転することによりスムーズに回転子の回転運動を維持しつつ、検出励磁ステップ７a及び７ｂにより一気に通常励磁ステップの２倍の角度回転するようになるので、大きな誘導電圧がより確実に発生し、ゼロ検をより確実に行うことができるようになる。さらに、検出励磁ステップも２倍の時間割当られ得ることになり、図６で示されるような、やや後方にピーク値がシフトする誘導電圧もより確実に検出できるようになる。
【００５３】
また、図７及び図８に示すように、検出励磁ステップ７a及び７ｂ以外はゼロ検に用いられる基本励磁パターンは変更不要なので、より大きな誘導電圧を得るために種々の構成要素の全面的な変更をすることなく上記大きな誘導電圧が得られる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、誘導電圧検出するコイルＣ２は回転子駆動用コイルにも兼用されている。特に、図２及び図３のに示すように、供給される駆動電圧がゼロである励磁ステップを検出励磁ステップ７a及び７ｂとしているので、検出が駆動の妨げになることもない。従って、小型のステッパモータ装置が製造可能になる。居住スペースの限られた車載パネルの一部に組み込む際にはこのような本発明による小型のステッパモータ装置は特に有効になる。
【００５５】
さらに本実施形態によれば、検出励磁ステップ７a及び７ｂは、検出素子に供給される駆動電圧がゼロとなるゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最初の励磁ステップである。すなわち、図２及び図３に示すように、検出素子Ｃ２に供給される駆動電圧がゼロとなる励磁ステップは１サイクル中に励磁ステップ７a及び７ｂ、並びに励磁ステップ３の２回あるが、本実施形態ではそのうちの最初の励磁ステップである７a及び７ｂを検出励磁ステップとしている。従って、１サイクル中のより早いタイミングで誘導電圧の検知ができ、その結果、より早く指針がストッパ７に接触したかどうかの判断ができるようになる。
またさらに、本実施形態は車載した際に特に有効である。すなわち、車両では、各種の雑音や振動等が発生しやすく、上記計数装置による計数値と、ステッパモータの回転子の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。つまり、指針が計数に対応した正確な値を示さなくなる原因が多く存在する。従って、本発明をこのような環境下及び条件下において適用することは、非常に有効である。
【００５６】
ところで理論的には、図３に示すような励磁ステップ１の上側に示す回転子３の回転パターンで指針６がストッパ７に接触するように初期設定し、図２に示すような励磁信号を供給すれば、指針６がストッパ７に接触した後には回転子３は回転できないので検出励磁ステップ７ａ及び７ｂで誘導電圧はゼロになるはずである。
【００５７】
しかしながら、ステッパモータの回転子３、中間ギア４及び出力ギア５は上述したように機械的に連結されていて、連結される各ギア間に遊びが存在する。従って、現実的には、この遊びによって指針６がストッパ７に接触した後にも回転子３は回転して誘導電圧を発生させ、検出励磁ステップ７ａ及び７ｂで基準値以上の誘導電圧が検出されてしまう可能性がある。この結果、誤ったゼロ検判断をしてしまう可能性がある。
【００５８】
そこで、この遊びを考慮して、指針６をストッパ７で定められるゼロ位置に押しあてた状態に１サイクル中の最後の励磁ステップ２が対応するように初期設定する。これによって、たとえ連結される各ギア間の遊びによって、回転子３が過回転しても検出励磁ステップ７ａ及び７ｂに移行する前に回転子３が停止し、検出励磁ステップ７ａ及び７ｂで無駄な誘導電圧検出されることがなくなる。従って、誤ったゼロ検判断を防止できる。
【００５９】
次に、図４及び図５を用いて、本発明に関わるゼロ検処理の概要及びこの処理に関わる各信号について説明する。
図４は、本発明のステッパモータ駆動回路が行うゼロ検処理の概要を示すフローチャートである。図５は、図４のゼロ検処理が行われる際の励磁信号のパターン、検出タイミング信号及び検出モニタ信号のタイムチャートである。
【００６０】
これらの図中、処理ステップＳ１においては、ゼロ検制御部１５は、前述のゼロ検指令に応答して、ゼロ検処理が開始したことを示すためゼロ検モニタ信号をＨ（ハイレベル）からＬ（ローレベル）に変化させ、この信号をゼロ検モニタ信号入力端子ＲＸＤに出力し、処理ステップＳ２に移行する。
【００６１】
処理ステップＳ２においては、ゼロ検制御部１５は波形パターン発生部１２に指令を送り、励磁ステップ１に示すようなＣ１−ａ信号、Ｃ１−ｂ信号、Ｃ２−ａ信号及びＣ２−ｂ信号からなる励磁信号を発生させ、これをこれを出力バッファ部１６を介して１９６．６ｍｓ間コイルＣ１及びＣ２に供給する。上記Ｃ１−ａ信号、及びＣ１−ｂ信号は、 図２及び図３の説明でも示したように、それぞれコイルＣ１のａ及びｂに供給される。同様に、Ｃ２−ａ及び信号Ｃ２−ｂ信号は、それぞれコイルＣ２のａ及びｂに供給される。なお、この励磁ステップ１では、ゼロ検制御部１５はゼロ検開始を示すため検出タイミング信号をＬに設定する。この処理ステップＳ２が終了すると、処理ステップＳ３及び処理ステップＳ４に移行する。
【００６２】
なお、この励磁ステップ１は、回転子３がどこにあっても、第１のコイルＣ１が回転子３のＳ極を引っ張る状態で安定化する。そして、この安定化励磁ステップ１は、回転子３を安定させるために十分な時間、例えばゼロ開始時は１９６．６ｍｓ、リトライ中は５５．２９６ｍｓ割り当てられており、回転子３は検出励磁ステップ７a及び７ｂの直前で安定状態になる。そして、この安定状態から検出励磁ステップ７a及び７ｂに確実に遷移することができ、上記大きな角度変移が確実に得られるようになる。この結果、誘導電圧の検知、すなわちゼロ検がさらに確実にできるようになる。
【００６３】
処理ステップＳ３及び処理ステップＳ４においては、ゼロ検制御部１５は、波形パターン発生部１２に指令を送り、励磁ステップ７ａ及び７ｂに示す励磁信号を発生させ、これを出力バッファ部１６を介して６．１４４ｍｓ間ずつコイルＣ１及びＣ２に供給する。さらに、ゼロ検制御部１５は検出タイミング信号をこの励磁ステップ７ａ及び７ｂに同期させてＬからＨに変化させる。前述したように、この検出タイミング信号に応答してコイルＣ２により誘導電圧が検出される。そして処理ステップＳ５に移行する。実際には励磁ステップ７ａ及び７ｂは、図２及び図３で説明したように、共に同じ信号波形なので、励磁ステップ７ａ（又は７ｂ）が１２．２８８ｍｓ間維持されることになる。
【００６４】
処理ステップＳ５においては、誘導電圧比較部１４において、上記励磁ステップに同期して検出された誘導電圧と上記基準電圧とが比較される。ここで検出された誘導電圧が、未だ基準電圧よりも大きい、すなわち、指針が未だストッパ７に接触してないと判断されると（処理ステップＳ５のＮ）、再度次のサイクルの検出励磁ステップ７ａ及び７ｂで誘導電圧を検出するため、処理ステップＳ６に移行する。
【００６５】
処理ステップＳ６においては、ゼロ検制御部１５は、処理ステップＳ５において行われた判断回数があらかじめ設定されたリトライ回数に到達したかどうかが判断する。すなわち、この判断の基準となるリトライ回数は、指針６がストッパ７と逆方向に最大限振れたときに想定される位置、例えば、ストッパ７で定められるゼロ位置から３５０．５度振れた位置にある指針６が、再びゼロ位置に復帰するのに要する励磁パターンの必要サイクル数に基づいて設定されている。この処理ステップＳ６において、未だリトライ回数が基準値に到達してないと判断する限り（処理ステップＳ６のＮ）、ゼロ検制御部１５は波形パターン発生部１２にゼロ位置検出励磁パターンの生成の継続指令を送出べく処理ステップＳ７に移行する。この処理ステップＳ６において、リトライ回数が基準値に到達したと判断すると（処理ステップＳ６のＹ）、原則的には必ず指針６がストッパ７に接触しているはずなので、これ以上励磁パターンを生成しても無駄になるためこの生成を停止すべく処理ステップＳ１３に移行する。
【００６６】
処理ステップＳ７においては、ゼロ検制御部１５は波形パターン発生部１２に指令を送り、励磁ステップ６に示す励磁信号を発生させ、これを出力バッファ部１６を介して６．１４４ｍｓ間コイルＣ１及びＣ２に供給し、処理ステップＳ８に移行する。
【００６７】
同様に、処理ステップＳ８、Ｓ９、Ｓ１０及びＳ１１においては、ゼロ検制御部１５は、波形パターン発生部１２に指令を送り、それぞれ励磁ステップ５、４、３及び２に示す励磁信号を発生させ、これを出力バッファ部１６を介してそれぞれ６．１４４ｍｓ間づつコイルＣ１及びＣ２に供給し、処理ステップＳ１２に移行する。
【００６８】
処理ステップＳ１２においては、ゼロ検制御部１５は、波形パターン発生部１２に指令を送り、励磁ステップ１に示す励磁信号を発生させ、これを５９．２９６ｍｓ間コイルＣ１及びＣ２に供給し、ゼロ位置検出励磁パターン生成を継続すべく処理ステップＳ３に戻る。この処理ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ７、Ｓ８、Ｓ９、Ｓ１０、Ｓ１１及びＳ１２からなる処理ループの１サイクルのインターバルは、図５に示すように、１０２．３０４ｍｓに設定されている。
【００６９】
一方、 処理ステップＳ５での誘導電圧比較において、検出された誘導電圧が基準電圧を下回った、すなわち、指針がストッパ７に接触したと判断されると（処理ステップＳ５のＹ）、ゼロ検制御部１５は波形パターン発生部１２及び出力バッファ部１６に指令を送り、このゼロ位置検出励磁パターンの生成を停止させ、指針６を初期状態に戻すため処理ステップＳ１３に移行する。処理ステップＳ１３、処理ステップＳ１４及び処理ステップＳ１５における各励磁ステップは、指針６をストッパ７で定められるゼロ位置から正転方向に回転させ、メータ上の表示原点、例えば速度メータ上の速度０ｋｍ／ｈの位置に初期設定するためのものである。
【００７０】
処理ステップＳ１３においては、ゼロ検制御部１５は、波形パターン発生部１２及び出力バッファ部１６に指令を送り、励磁ステップ７ｂに示す励磁信号を発生させ、これを９８．３０４ｍｓ間コイルＣ１及びＣ２に供給する。同様に、 処理ステップＳ１４及び処理ステップＳ１５においては、励磁ステップ８及び１に示す励磁信号が共に９８．３０４ｍｓ間づつコイルＣ１及びＣ２に供給される。
【００７１】
処理ステップＳ１５が終了すると、処理ステップＳ１６においてゼロ検制御部１３は、一連のゼロ検に関わる処理が終了したことを示すため、ゼロ検モニタ信号をＬからＨに変化させ、このモニタ信号をゼロ検モニタ信号入力端子ＲＸＤに出力する。
【００７２】
上述のように励磁パターンの生成サイクルの停止条件を、被駆動部材がどの位置にあってもゼロ位置に復帰するのに十分なサイクルとしているので、被駆動部材を確実にゼロ位置復帰させることができる。さらにこの復帰後はゼロ位置検出励磁パターンの生成は停止するので無駄なパターン生成処理を防止できる。この結果、以降波形パターン発生部１２にて指針制御する時のゼロ位置と一致させることができる。これによって切り替え時の指針の挙動が発生しない。
【００７３】
また図５に示すように、検出励磁ステップ７a及び７ｂの前に、回転子３を安定させるために十分な時間割り当てられた安定化励磁ステップ１を設けている。従って、回転子３は検出励磁ステップ７a及び７ｂの直前で安定状態になる。そして、この安定状態から検出励磁ステップ７a及び７ｂに確実に遷移することができるので、大きな角度変動が確実に得られるようになる。この結果、誘導電圧の検知、すなわちゼロ検がさらに確実にできるようになる。
【００７４】
上述の図４を用いて説明したゼロ検処理は、ステッパモータ駆動回路１に各種インターフェース回路、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＣＰＵを含ませ、このＣＰＵによるソフトウエア制御によって行うことも可能である。
【００７５】
図６は、本発明のステッパモータ駆動回路により検出される誘導電圧の温度による特性変化とサンプリングタイミングを示すグラブである。
【００７６】
図６に示すように、常温時にはピークがやや検出タイミング信号の中間点付近よりもやや後方のタイミングにシフトした波形になる。これは、印加される駆動信号に対して回転子の回転がやや遅れてついてくるためである。また、低温時及び高温時にはそれぞれピークがやや検出タイミング信号の中間点付近よりもやや前方及び後方のタイミングにシフトした波形になる。
【００７７】
このような温度特性を持つ誘導電圧を、例えば、ｔ８のタイミングで固定的に計測したとすると、この検出期間において回転子の回転角度は等しいにも関わらず、常温時や低温時には誘導電圧は基準電圧値よりも高く未だ指針がゼロ位置に復帰していないと判断され、高温時には基準電圧値よりも低く指針がゼロ位置に復帰したと判断される可能性がある。さらに回転子の着磁のばらつきやその他ギア等の寸法のぱらつきにより、実際には誘導電圧の波形パターンは上記常温時のような波形から多少変形したパターンとなる。また、種々の雑音パルスが誘導電圧に印加される可能性もある。
【００７８】
このような誘導電圧波形のばらつきを考慮して本発明では、平均化処理部１３が、図６に示すように検出期間中をほぼ均等なインターバルに割り当てられたｔ１〜ｔ１５の１５回のタイミングでサンプリング検出する。そして、平均化処理部１３は、１５回サンプリング検出した誘導電圧を加算した後平均値を算出して出力する。従って、温度変化や種々の雑音パルス等による誘導電圧の変動の影響を軽減してより正確な誘導電圧を検知できるようになる。
【００７９】
なお、本実施形態ではステッパモータ駆動回路１はひとつのステッパモータのみを駆動しているが、時分割制御することによりタコメータ、燃料計、温度計、ターボメータ等に対応する複数のステッパモータも駆動することもできる。その場合には、各ステッパモータに対応するゼロ検も上述してきた実施形態に示す方式を時分割的に適用すればよい。
【００８０】
また、本実施形態では励磁ステップ１でコイルＣ２が、Ｎ極を引っ張るようにしているが、Ｓ極を引っ張るようにしてもよい。その際には、ストッパ７に接触した際の回転子３の回転パターンや各励磁ステップでの信号波形は本実施形態とは異なるものになる。
【００８１】
さらに、本発明はゼロ検時の回転子の回転方向は本実施形態に示した方向に限定するものではない。コイルＣ１及びＣ２の配極変更、ストッパの位置変更等も可能である。例えば、ゼロ位置検出時のみに出現するストッパにより定められる位置を上記ゼロ位置としてもよい。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、前ステップから検出励磁ステップ７a及び７ｂに遷移する際に回転子３の回転量が大きくなるので、それに応じて磁束変化にる誘導電圧も増大する。この結果、回転子３が回転している際、すなわち、未だ指針がストッパ７に接触していない際の誘導電圧が確実に検出できるようになる。もちろん、指針がストッパ７に接触した際には上記誘導電圧は従来同様ゼロになるので、指針がストッパ７に接触している時としてないときの誘導電圧の差が大きくなる。この結果、指針６がストッパ７に接触したかどうかの判断が容易になり、すなわち、ゼロ検が確実にできるようになる。
【００８３】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、図７及び図８に示すような、ステップが遷移する毎に回転子３を等角度ずつ回転させる複数の基本励磁ステップ１、８、７、６、５、４、３及び２で１サイクルが構成される基本励磁パターンに対して、このうちの特定励磁ステップ８が次励磁ステップ７に置換された検出励磁ステップ７a及び７ｂが設けられた図２及び図３に示すようなゼロ位置検出励磁パターンが生成される。つまり、特定励磁ステップ８がスキップされ、代わりに励磁ステップ７が連続的に割り当てられたことになる。従って、励磁ステップ１から一気にステップ７に遷移するようになり、回転子３もこの間の励磁信号の変化に応じて通常励磁ステップの２倍の角度回転することになる。
このように、通常励磁ステップ１、６、５、４、３、２及び１は各励磁ステップごとに等角度毎回転することによりスムーズに回転子３の回転運動を維持しつつ、検出励磁ステップ７a及び７ｂにより一気に通常励磁ステップの２倍の角度回転するようになるので、大きな誘導電圧がより確実に発生し、ゼロ検をより確実に行うことができるようになる。さらに、検出励磁ステップも２倍の時間割当られ得ることになり、図６で示されるような、やや後方にピーク値がシフトする誘導電圧をより確実に検出できるようになる。
また、図７及び図８に示すように、検出励磁ステップ７a及び７ｂ以外はゼロ検に用いられる基本励磁パターンは変更不要なので、より大きな誘導電圧を得るための種々の構成要素の全面的な変更をすることなく上記大きな誘導電圧が得られる。
【００８４】
請求項３記載のステッパモータ駆動回路によれば、請求項１及び２記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、誘導電圧を検出するコイルＣ２は回転子駆動用コイルにも兼用されていて、特に、図２及び図３のに示すように、供給される駆動電圧がゼロである励磁ステップを検出励磁ステップ７a及び７ｂとしているので、検出が駆動の妨げになることもない。従って、小型のステッパモータ装置が製造可能になる。居住スペースの限られた車載パネルの一部に組み込む際にはこのような小型のステッパモータ装置は特に有効になる。
【００８５】
請求項４記載のステッパモータ駆動回路によれば、請求項１〜３記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、検出励磁ステップ７a及び７ｂは、検出素子に供給される駆動電圧がゼロとなるゼロ位置検出励磁パターンの１サイクル中の最初の励磁ステップである。すなわち、図２及び図３に示すように、検出素子Ｃ２に供給される駆動電圧がゼロとなる励磁ステップは１サイクル中に励磁ステップ７a及び７ｂ、並びに励磁ステップ３の２回あるが、本発明ではそのうちの最初の励磁ステップである７a及び７ｂを検出励磁ステップとしている。従って、１サイクル中のより早いタイミングで誘導電圧の検知ができ、その結果、より早く指針がストッパ７に接触したかどうかの判断ができるようになる。また、運転手に変な指針の動きを見せることなく、ゼロ検を終了させることができる。
【００８６】
請求項５記載のステッパモータ駆動回路によれば、請求項１〜４記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、図６に示すように、平均化手段が誘導電圧を検出励磁ステップ７a及び７ｂ内で複数回サンプリング検出後平均化される。従って、温度変化や種々の雑音パルス等による誘導電圧の変動の影響を軽減してより正確な誘導電圧を検知できるようになる。
【００８７】
請求項６記載のステッパモータ駆動回路によれば、請求項１〜５記載の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、図４に示すように、被駆動部材が前記ゼロ位置に復帰するまで、ゼロ位置検出励磁パターンはサイクリックに生成されるが、被駆動部材がどの位置にあってもゼロ位置に復帰するのに十分なサイクルのゼロ位置検出励磁パターンの生成後はこのパターンの生成を停止する。
このようにパターンの生成サイクルの停止条件を、被駆動部材がどの位置にあってもゼロ位置に復帰するのに十分なサイクルとしているので、被駆動部材を確実にゼロ位置復帰させることができる。さらにこの復帰後はゼロ位置検出励磁パターンの生成は停止するので無駄なパターン生成処理を防止できる。この結果、以降波形パターン発生部にて指針制御するときのゼロ位置と一致させることができ、運転手に違和感を与えずゼロ検を行うことができる。
【００８８】
請求項７記載のステッパモータ駆動回路によれば、請求項１〜６記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち本発明では、図５に示すように、検出励磁ステップ７a及び７ｂの前に、回転子３を安定させるために十分な時間割り当てられた安定化励磁ステップ１を設けている。従って、回転子３は検出励磁ステップ７a及び７ｂの直前で安定状態になる。そして、この安定状態から検出励磁ステップ７a及び７ｂに確実に移行することができ、上記大きな角度変動が確実に得られるようになる。この結果、誘導電圧の検知、すなわちゼロ検がさらに確実にできるようになる。
【００８９】
請求項８記載によれば、請求項１〜８記載の発明の効果に加えて以下の効果が得られる。すなわち、本発明ではステッパモータ駆動回路は車載される。また被駆動部材は車両に関するセンサ出力に対応する値を示す指針である。すなわち、車両では、各種の雑音や振動等が発生しやすく、上記計数装置による計数値と、ステッパモータの回転子３の位置関係との同期がずれる可能性のある環境にある。つまり、指針が計数に対応した正確な値を示さなくなる原因が多く存在する。また、車両では居住スペースが限られている。従って、本発明のステッパモータ駆動回路をこのような環境下及び条件下において適用することは、非常に有効である。
【００９０】
請求項９記載のステッパモータ駆動回路に用いられる初期設定方法によれば、ステッパモータの回転子３、中間ギア４及び出力ギア５の機械的連結によって生じる遊びを考慮して初期設定が行われる。すなわち、連結される各ギア間の遊びを考慮して、被駆動部材をストッパ７で定められるゼロ位置に設定した状態に１サイクル中の最後の励磁ステップ２が対応するように初期設定する。これによって、上記遊びによって、回転子３が過回転しても検出励磁ステップ７a及び７ｂに移行する前に回転子３が停止し、検出励磁ステップ７a及び７ｂで無駄な誘導電圧検出されることがなくなる。従って、誤ったゼロ検判断を防止できる。
【００９１】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッパモータ駆動回路及びそれが適用されるシステムを示すブロック図である。
【図２】本発明のステッパモータ駆動回路による各励磁ステップ、ゼロ位置検出励磁パターン、検出タイミング信号及び誘導電圧の関係を示す図である。
【図３】図２の各励磁ステップと回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【図４】本発明のステッパモータ駆動回路が行うゼロ検処理の概要を示すフローチャートである。
【図５】図４のゼロ検処理が行われる際の励磁信号のパターン、検出タイミング信号及び検出モニタ信号のタイムチャートである。
【図６】本発明のステッパモータ駆動回路により検出される誘導電圧の温度による特性変化とサンプリングタイミングを示すグラブである。
【図７】従来例による各励磁ステップ、ゼロ位置検出励磁パターン、検出タイミング信号及び誘導電圧の関係を示す図である。
【図８】図７の各励磁ステップと回転子の回転パターンの関係を示す図である。
【符号の説明】
１      ステッパモータ駆動回路
２      計数装置
３      回転子
４      中間ギア
５      出力ギア
６      指針
７      ストッパ
８      メータ
９      片
【図１】
0003653209.tif 000002
【図２】
0003653209.tif 000003
【図３】
0003653209.tif 000004
【図４】
0003653209.tif 000005
【図５】
0003653209.tif 000006
【図６】
0003653209.tif 000007
【図７】
0003653209.tif 000008
【図８】
0003653209.tif 000009