(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め設定した周期で目標駆動ステップ数に応じてステッピングモータを目標とする位置まで駆動して停止させるという処理を繰り返し、前記ステッピングモータの停止中に全相のコイルを断電して無励磁状態にするステッピングモータ制御装置において、
前記ステッピングモータの駆動周期に基づいて次の駆動開始タイミングを予知する駆動開始タイミング予知手段と、
前記駆動開始タイミング予知手段で予知された次の駆動開始タイミングの所定時間前から当該駆動開始タイミングまでの期間（以下「予備励磁期間」という）に前回駆動時の最後の励磁相と同相のコイルを予備励磁する予備励磁手段と
を備えていることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【請求項２】
前記駆動開始タイミングからの経過時間を計時する計時手段を備え、  前記予備励磁手段は、前記計時手段で計時した経過時間に基づいて前記予備励磁期間の開始タイミングに達したか否かを判断して予備励磁を開始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制御装置。
【請求項３】
前記予備励磁期間の開始タイミングまでに前記ステッピングモータの駆動が終了しない時に予備励磁を禁止する予備励磁禁止手段を備え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制御装置。
【請求項４】
予め設定した周期で目標駆動ステップ数に応じてステッピングモータを目標とする位置まで駆動して停止させるという処理を繰り返し、前記ステッピングモータの停止中に全相のコイルを断電して無励磁状態にするステッピングモータ制御装置において、
前記ステッピングモータの駆動周期に基づいて次の駆動開始タイミングを予知する駆動開始タイミング予知手段と、
前記駆動開始タイミング予知手段で予知された次の駆動開始タイミングの所定時間前から当該駆動開始タイミングまでの期間に前記ステッピングモータの停止位置のずれを補正するための予備励磁を所定相のコイルに対して行う予備励磁手段と
を備えていることを特徴とするステッピングモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステッピングモータの停止中に全相のコイルを無励磁状態（断電状態）にして節電するようにしたステッピングモータ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の一般的なステッピングモータの制御では、停止位置でロータを保持するために、停止中も停止直前に最後に通電した相のコイルに電流を流し続けるようにしている。しかし、この制御方式では、停止中に同じコイルに電流を流し続けるため、消費電力が増加するばかりか、コイルが発熱して信頼性に悪影響を及ぼす等の欠点があった。
【０００３】
この欠点を解消するため、特開平３−１９８６９８号公報に示すように、ステッピングモータの停止中に、通電を停止して全相のコイルを無励磁状態にすることが考えられている。しかし、通電を停止すると、停止位置でロータを保持する電磁力が無くなるため、外力により停止位置がずれる可能性がある。そこで、上記公報では、停止期間中に間欠的に通電することで、停止位置のずれを間欠的に補正するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ステッピングモータの停止位置がずれたまま、次の駆動を開始すると、ステッピングモータの回転制御が狂ってしまう。従って、ステッピングモータの回転制御を正確に行うには、駆動開始直前の停止位置にずれがないことが必須要件となる。しかるに、上記公報の制御方式では、停止期間中に間欠的に通電するようになっているため、停止期間中の通電タイミングが駆動開始直前になるとは限らず、必ずしも、駆動開始直前に位置ずれが補正されるとは限らない。このため、停止位置がずれたまま次の駆動が開始されてしまうおそれがあり、ステッピングモータの回転制御が不正確になるおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、駆動開始直前にロータの位置ずれを確実に補正できるステッピングモータ制御装置を提供することにあり、更に、ステッピングモータの停止中に全相のコイルを無励磁状態にして省電力化、コイル発熱防止を実現しながら、駆動開始直前にロータの位置ずれを確実に補正できて、正確な回転制御を行うことができるステッピングモータ制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１のステッピングモータ制御装置によれば、予め設定した周期で目標駆動ステップ数に応じてステッピングモータを目標とする位置まで駆動して停止させるという処理を繰り返し、前記ステッピングモータの停止中に全相のコイルを断電して無励磁状態にするものにおいて、ステッピングモータの駆動周期に基づいて次の駆動開始タイミングを駆動開始タイミング予知手段により予知し、次の駆動開始タイミングの所定時間前から当該駆動開始タイミングまでの期間（以下「予備励磁期間」という）に、前回駆動時の最後の励磁相と同相のコイルを予備励磁手段により予備励磁する。この予備励磁により、駆動開始直前の停止期間中に確実に停止位置のずれを補正することができ、常に正確な停止位置から駆動することができて、正確な回転制御が可能となる。
【０００７】
この場合、請求項２のように、前記駆動開始タイミングからの経過時間を計時手段によって計時し、この計時手段で計時した経過時間が前記予備励磁期間の開始タイミングに達した時に予備励磁を開始するようにしても良い。このようにすれば、予備励磁期間の開始タイミングを計時手段で簡単且つ正確に決めることができる。
【０００８】
ところで、前記駆動開始タイミングを周期的に設定してその駆動開始タイミング毎に目標駆動ステップ数に応じた駆動信号を駆動信号出力手段から出力する制御方式のものでは、駆動開始タイミングの周期が短いと、１回の駆動で実行する駆動ステップ数が多い時に、次の駆動開始タイミングになっても、前回の駆動信号に基づくステッピングモータの駆動が終了しない場合が起こり得る。
【０００９】
このような場合に対処するには、請求項３のように、予備励磁期間の開始タイミングまでにステッピングモータの駆動が終了しない時に、予備励磁禁止手段によって予備励磁を禁止するようにすれば良い。このようにすれば、駆動途中で予備励磁が行われることを防止でき、予備励磁が必要な時にのみ予備励磁を行うことができる。
【００１０】
また、請求項４のように、ステッピングモータの駆動周期に基づいて次の駆動開始タイミングを駆動開始タイミング予知手段により予知し、予知した次の駆動開始タイミングの所定時間前から当該駆動開始タイミングまでの期間に前記ステッピングモータの停止位置のずれを補正するための予備励磁を所定相のコイルに対して行うようにしても良い。このようにしても、駆動開始直前に確実に停止位置のずれを補正することができ、常に正確な停止位置から駆動することができて、正確な回転制御が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を車両用ヘッドライト光軸方向自動調整システムに適用した一実施形態を図面に基づいて説明する。まず、車両用ヘッドライト光軸方向自動調整システム全体の構成を図１及び図２に基づいて説明する。車体１１の前輪１２と後輪１３には、それぞれ車高センサ１４，１５が取り付けられ、各車高センサ１４，１５によって車体１１と車軸との間の上下方向の相対変位量（車高）が検出され、その車高信号が制御回路１６に入力される。この制御回路１６には、スロットル開度センサ１７で検出されたスロットル開度や車速センサ１８で検出された車速の信号が入力される。
【００１２】
一方、車体１１の前部には、ヘッドライト１９が取り付けられている。このヘッドライト１９の構造は、図２に示すように、ランプ２０を取り付けたリフレクタ２１の上部と下部をそれぞれ裏側から固定支持部２２と可動支持部２３で支持し、可動支持部２３をステッピングモータ２４によって前後方向（矢印Ａ方向）にスライド変位させることで、リフレクタ２１を固定支持部２２を支点にして揺動変位させ、ヘッドライト１９の光軸の角度を上下方向に調整するようになっている。尚、ステッピングモータ２４の内部には、ロータ２５（図３参照）の回転変位を減速して可動支持部２３にスライド変位に変換して伝達する減速機構（図示せず）が内蔵されている。
【００１３】
このステッピングモータ２４は、固定子鉄心（図示せず）に例えば４相のコイルＳ１〜Ｓ４（図３参照）を巻装し、図４に示すように、同時に２相のコイルに通電する２相励磁方式でロータ２５を駆動するようになっている。図４において、Ｔ１が１ステップ分の長さを示す。従って、各相のコイルＳ１〜Ｓ４への通電は、２ステップ分の通電と２ステップ分の断電とが交互に繰り返されると共に、各相間で通電タイミングが１ステップ分ずつずらされる。
【００１４】
このステッピングモータ２４の制御は、制御回路１６によって行われる。この制御回路１６は、後述するように所定周期で目標駆動ステップ数を演算し、その演算結果に基づき駆動信号を出力してステッピングモータ２４を目標とする位置まで駆動する。更に、ステッピングモータ２４の停止期間中は、通電を停止して全相のコイルを無励磁状態にすることで、消費電力の節減やコイルの発熱防止を図ると共に、停止中のロータ２５の位置ずれを次の駆動を開始するまでに補正するために、次の駆動開始タイミングの所定時間前から当該駆動開始タイミングまでの期間（以下「予備励磁期間」という）に、前回駆動時の最後の励磁相と同相のコイルを予備励磁して駆動開始直前に停止位置のずれを補正する。予備励磁期間は、ステッピングモータ２４の種類により異なるが、一般的には数ｍｓ〜数１０ｍｓであれば良い。
【００１５】
このようなステッピングモータ２４の制御は、制御回路１６内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている図５及び図６に示す各ルーチンによって次のように行われる。
【００１６】
図５に示すステッピングモータ駆動ルーチンでは、まずステップ１０１で、ステッピングモータ２４に対する初期化処理や制御回路１６内のＲＡＭ（図示せず）の初期化処理等を実行し、次のステップ１０２で、前後の車高センサ１４，１５と車速センサ１８の出力信号を読み込む。この後、ステップ１０３で、前後の車高センサ１４，１５の出力信号の差から車体１１の前後の傾き角を演算し、その傾き角に基づいてヘッドライト１９の光軸角度を調整するための目標駆動ステップ数を演算する。
【００１７】
この後、ステップ１０４，１０５において、車速Ｖと車速変化量ΔＶに基づいて制御モードが停車モード、加減速モード、定速モードのいずれに該当するかを判定する。ここで、車速Ｖが所定値Ｖo （例えばＶo ＝２ｋｍ／ｈ）未満であれば、停車モードと判定され、ステップ１０６に進み、ステップ１０３で求めた目標駆動ステップ数に“弱いフィルタ”をかけて最終的な目標駆動ステップ数を求める。ここで、“フィルタ”は、路面の凹凸等による外乱の影響を少なくするために、目標駆動ステップ数をなまし処理（一次遅れ処理）するものであり、“弱いフィルタ”は、なまし係数を小さくすることで、制御の遅れを少なくするものである。このように、停車モードで“弱いフィルタ”を用いる理由は、停車モードでは、路面の凹凸等による外乱の影響が相対的に少なくなるためである。
【００１８】
また、Ｖ≧Ｖo で、且つ｜ΔＶ｜＞α（例えばα＝２ｍ／ｓ2 ）の場合には、加減速モードと判定され、ステップ１０７に進み、ステップ１０３で求めた目標駆動ステップ数に“弱いフィルタ”をかけて最終的な目標駆動ステップ数を求め、制御の遅れを少なくする。加減速モードでは、スロットル開度が変化してエンジントルクが変動し、それに応じて車体１１の前後の傾き角が比較的大きく変化するので、“弱いフィルタ”をかけることで、車体１１の前後の傾き角の変化に追従してヘッドライト１９の光軸角度の調整を応答性良く行うようにしたものである。
【００１９】
また、Ｖ≧Ｖo で、且つ｜ΔＶ｜≦αの場合には、定速モードと判定され、ステップ１０８に進み、ステップ１０３で求めた目標駆動ステップ数に“強いフィルタ”をかけて目標駆動ステップ数の変化を緩やかにする。定速モードでは、車体１１の前後の傾き角の変化が相対的に少なくなるため、“強いフィルタ”をかけることで、路面の凹凸等による外乱の影響を少なくするものである。
【００２０】
上述したステップ１０６，１０７，１０８のいずれかで、最終的な目標駆動ステップ数を求めた後、ステップ１０９に進み、駆動信号（駆動パルス）を出力してステッピングモータ２４を駆動し、その駆動終了時の最後の励磁相を記憶する（ステップ１１０）。以上説明したステップ１０２〜１１０の処理を一定時間毎（例えば５０ｍｓ毎）に繰り返し実行し、一定時間毎に目標駆動ステップ数に応じた駆動信号を出力して、ステッピングモータ２４を目標とする位置まで駆動する。従って、上記ステップ１０９の処理は、特許請求の範囲でいう駆動信号出力手段としての役割を果たす。
【００２１】
一方、図６に示す予備励磁実行ルーチンは、図５のステッピングモータ駆動ルーチンと並行して処理され、停止中のロータの位置ずれを次の駆動を開始するまでに補正するために、次の駆動開始タイミング直前の予備励磁期間に、前回駆動時の最後の励磁相と同相のコイルを予備励磁して駆動開始直前に停止位置のずれを補正するルーチンである。
【００２２】
本ルーチンでは、まずステップ２０１で、駆動開始タイミングであるか否か、つまり図５のステップ１０９で最初の駆動信号が出力されたか否かを判定し、駆動開始タイミングであれば、ステップ２０２に進み、計時手段であるタイマをスタートさせて、駆動開始タイミングからの経過時間を計時する。このタイマは、予備励磁期間の開始タイミングを判定するために用いられる。
【００２３】
そして、次のステップ２０３で、タイマ値が予備励磁期間の開始タイミングに相当する所定時間（例えば３０ｍｓ）に達するまで待機し、その所定時間になった時点で、ステップ２０４に進み、ステッピングモータ２４の駆動中であるか否かを判定する。このような判定を行う理由は、１回の駆動で実行する駆動ステップ数が多い時に、次の駆動開始タイミングになっても、前回の駆動信号に基づくステッピングモータ２４の駆動が終了しない場合が起こり得るためである。
【００２４】
予備励磁期間の開始タイミングまでにステッピングモータ２４の駆動が終了しない時には、ステップ２０４で「Ｙｅｓ」と判定され、ステップ２０５（予備励磁）を飛び越してステップ２０６に進み、タイマをリセットしてステップ２０１に戻る。従って、上記ステップ２０４の処理が、予備励磁期間の開始タイミングまでにステッピングモータ２４の駆動が終了しない時に予備励磁を禁止する予備励磁禁止手段として機能する。
【００２５】
一方、上記ステップ２０４で、ステッピングモータ２４の駆動が終了していると判断された時には、ステップ２０５に進み、図４に示すように前回駆動時の最後の励磁相と同相のコイルに通電してこれを予備励磁する（この処理が特許請求の範囲でいう予備励磁手段として機能する）。この予備励磁を予備励磁期間中（例えば２０ｍｓ）に連続して行う。これにより、駆動開始直前の予備励磁期間に確実に停止位置のずれが補正される。予備励磁終了後は、タイマをリセットし（ステップ２０６）、ステップ２０１に戻る。
【００２６】
以後、ステップ２０１〜２０６の処理を繰り返し実行することで、ステッピングモータ２４の停止中に全相のコイルを無励磁状態にして省電力化、コイル発熱防止を実現しながら、駆動開始直前に確実に停止位置のずれを補正することができて、常に正確な停止位置からステッピングモータ２４を駆動することができ、正確な回転制御が可能となる。
【００２７】
以上説明した実施形態では、図５のステップ１０２〜１１０の処理を一定時間毎（例えば５０ｍｓ毎）に繰り返し実行することで、駆動開始タイミング（つまりステップ１０９で最初の駆動信号を出力するタイミング）が一定時間毎（例えば５０ｍｓ毎）に固定される。従って、制御回路１６は、図５の処理を実行することで、次の駆動開始タイミングを自動的に予知でき、特許請求の範囲でいう駆動開始タイミング予知手段として機能する。
【００２８】
このように、駆動開始タイミングが一定時間毎に固定されると、ステッピングモータ２４を停止させ続ける場合でも、一定時間毎に駆動開始タイミングが自動的にやってくるが、ステッピングモータ２４を停止させ続ける間は、駆動開始タイミングになっても、実際には駆動信号が出力されず、ステッピングモータ２４は駆動されない。この場合でも、図７に示すように、駆動開始タイミング毎にその直前に予備励磁期間を設定して予備励磁を行い、停止位置のずれを補正する（この際、予備励磁する相は、前回の予備励磁で通電した相となる）。このようにすれば、ステッピングモータ２４の停止時間が長くなる場合に、停止中に停止位置のずれを定期的に補正することができ、停止位置のずれが補正不能な領域まで大きくなることを未然に防ぐことができる。
【００２９】
以上説明した実施形態では、駆動開始タイミングが一定周期に固定されているが、例えば定速モードで駆動開始タイミングの周期を長くしたり、加減速モードで駆動開始タイミングの周期を短くする等、駆動開始タイミングの周期を状況に応じて可変するようにしても良い。
【００３１】
尚、上記実施形態では、４相ステッピングモータを２相励磁方式で駆動する場合について説明したが、１相励磁方式にも本発明を適用できる。また、４相ステッピングモータに限らず、３相ステッピングモータ等、他の型式のステッピングモータの制御にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【００３２】
その他、本発明は、車両用ヘッドライト光軸方向自動調整システムに限定されず、ステッピングモータを駆動源とする種々のシステムに適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す車両用ヘッドライト光軸方向自動調整システムの概略構成図
【図２】ヘッドライトの構造を概略的に示す縦断面図
【図３】ステッピングモータの等価回路図
【図４】各相のコイルの通電パターンの一例を示すタイムチャート
【図５】ステッピングモータ駆動ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図６】予備励磁実行ルーチンの処理の流れを示すフローチャート
【図７】予備励磁終了後にステッピングモータが駆動されない場合のコイルの通電パターンの一例を示すタイムチャート
【符号の説明】
１１…車体、１２…前輪、１３…後輪、１４，１５…車高センサ、１６…制御回路（駆動開始タイミング予知手段，予備励磁手段，予備励磁禁止手段，駆動信号出力手段）、１８…車速センサ、１９…ヘッドライト、２０…ランプ、２１…リフレクタ、２２…固定支持部、２３…可動支持部、２４…ステッピングモータ、２５…ロータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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