(57)【要約】本発明は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減する方法に関する。提案方法は、ポインタ（１）を定格電圧にて順方向の間駆動し、次いで、逆方向に定格電圧にて、ポインタ（１）が加速され（ポインタ（１）の反対方向に始動）、そいて、モータを１０〜３０％低減した電圧にて駆動して、ノイズと跳ね返りの大きさを削減する。この方法によれば、ポインタ（１）が必要とする初期トルクを確保するとともに、ポインタ（１）のノイズおよび跳ね返りを確実に削減する。ホーミング過程の間、ホーミング位置は、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）装置を用いたバウンスバック電圧の検出により測定される。【選択図】図１
2010516225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減する方法であって、
ａ．バウンスバック電圧を検出することによりポインタ（１）のホーミング位置を測定し；
ｂ．ポインタ（１）を定格電圧にて順方向またはホーミング位置とは反対方向に駆動し、そしてその後、ポインタ（１）を定格電圧にて逆方向にポインタ（１）が加速されるまで駆動し；そして、
ｃ．モータを低減電圧にてポインタがホーミング位置に達するまで駆動して、初期トルクを弱めることなくステッパモータのノイズを減少させる
工程を含む前記方法
【請求項２】
前記バウンスバック電圧を検出することによるポインタ（１）のホーミング位置は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって測定される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該ポインタがメカニカルストッパ（２）に接触するときに発生するノイズは、ステッパモータに当たったポインタ（１）の跳ね返りに直接比例する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ホーミング位置は、ポインタ（１）をメカニカルストッパ（２）またはホーミング位置とは反対の方向に所定の角度駆動し、続いてポインタ（１）をメカニカルストッパ（２）に向かって逆方向に駆動することにより検知される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記定格電圧は、約５Ｖである、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記モータは、定格電圧より１０％〜３０％低減した電圧、好ましくは２５％低減した電圧にて駆動される、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ポインタ（１）の跳ね返りを減少させ、そしてノイズレベルを３０％削減する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
ステッパモータのホーミング中のノイズを、初期トルクを弱めることなく削減するシステムであって、
ａ．ハイカレントバッファを有するマイクロコントローラのＰＷＭ出力に結合されたステッパモータ、
ｂ．モータ内で生成した逆起電力を検知するためにマイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）
を有する前記システム。
【請求項９】
前記ハイカレントバッファおよび前記アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）は、コイルＡおよびコイルＢを介してステッパモータに結合される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記ハイカレントバッファは、好ましくはマイクロコントローラに組み込まれ、そしてステッパモータに２５ｍＡ電流を駆動する、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記ＰＷＭ出力信号は、１５ＫＨｚ〜１６ＫＨｚの周波数範囲を有する、請求項８に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱める（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｉｎｇ）ことなく削減する方法に関する。提案方法は、ポインタ（１）を定格電圧にて順方向の間駆動し、次いで、定格電圧にて、ポインタ（１）が加速される（ポインタ（１）の逆への始動）までの少時間の逆方向に駆動を継続し、次いでモータを１０〜３０％低減した電圧で駆動して、ノイズおよび跳ね返り（ｂｏｕｎｃｅ）の大きさを減少させることである。この方法は、ポインタ（１）が必要とする初期トルクを確保し、ポインタ（１）のノイズおよび跳ね返りを削減する。ホーミングの進行中、ホーミング位置は、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）装置を用いたバウンスバック電圧の検出により測定される。
【背景技術】
【０００２】
ステッパモータの既存の動向において、ノイズ削減は、不揮発性メモリを用いた実施態様を必要とする。この装置に使用されるステッパモータは、ポインタのホーミング（リセットまたは零）位置用にメカニカルストッパを備えている。ステッパモータは、より良好な設定能のために単一／多重極磁石を内部に備え、そして、位相偏移が３０または４０または６０または９０度離れた二つのコイルが存在する。
【０００３】
ホーミング位置を検知するために、ポインタは、メカニカルストッパ（順方向）とは反対の方向に数度動かされ、次いで、メカニカルストッパに向かって逆方向に駆動してホーミング位置を見つける。
【０００４】
ホーミング中、ポインタは、ポインタがメカニカルストッパに接触するときに前後に跳ね返る。モータに当たったポインタの跳ね返りの大きさ、および、ポインタがメカニカルストッパに接触するときのノイズの大きさは、両方とも、ホーミングの印加電圧に直接関係する。
【０００５】
通常、このタイプのステッパモータは、通常操作およびホーミングのために５Ｖのような定格電圧にて駆動される。ポインタの跳ね返りと発生ノイズを許容レベルまで減少させるためには、印加電圧を減少させる。しかし、これは、ポインタ初期移動に必要とされる稼動トルクを減少させる。
【０００６】
ステッパモータをノイズ無く再ゼロイング（ｒｅ−ｚｅｒｏｉｎｇ）する一法は、米国特許６，８５３，１６２で提供され、ここでノイズの無いステッパモータは、ステッパモータのコイルを駆動するために使用されるパルス幅変調（ＰＷＭ）電圧信号により提供される。駆動信号間の位相は、位相から９０°ずれている。したがって、モータを駆動するために正弦／余弦方法論が使用される。マイクロプログラムパルス幅変調（ＰＷＭ）レベルを使用するためには、モータが所望の角変位量に対応した、メモリ内に格納されたテーブルから格納された電圧レベルを読み出すマイクロプロセッサを必要とする。次いで、これらの電圧レベルは、モータのコイルへ印可される。マイクロプロセッサは、メモリ内に格納されたソフトウエアの命令を実行することにより、これらの操作を実行する。このソフトウエアは、コントローラ内に位置するメモリ内、あるいは別個の論理ブロックまたは論理チップ内に格納することができる。出力シャフトに当たったポインタの跳ね返りの大きさ、および、ポインタがメカニカルストッパと接触するときに発生するノイズの大きさは、両方とも、印加電圧およびホーミング戦略の速度または周波数と直接関係する。ポインタの跳ね返りおよび発生ノイズをかろうじて認識できるまで減少させるためには、この印加電圧を通常駆動電圧（５Ｖシステムでは約１Ｖ）の１５％〜３０％の間まで減少させる。さらに、ホーミングの速度を、モータの新規なスタート−ストップ周波数より低い値に設定する。
【０００７】
しかし、上記米国特許６，８５３，１６２の書面は、ポインタに必要とされる初期トルクを維持することを論じていない。これは、このシステムでは大きな欠点である。この文書は、また、マイクロプロセッサの使用、および、コンポーネントを数多く増やすソフトウエアの命令を要する。
【０００８】
ステッパモータ内のノイズを減少させるさらに別の方法が、米国特許５，６６５，８９７で提供される。それは、ゲージグラフィクスの零ポイント付近にストップを有するステッパモータにより駆動されるロータリーゲージを備える。工場でのキャリブレーション手順は、ゲージ場を逆方向に回転させ、ゲージポインタをストップに対して動かし、そして、ロータが不安定になり、順方向にフリップバックし、次いでロータレスト位置に移動するまで場回転を継続する。フリップバックの角度、レスト位置および零位置へのステップ数が、不揮発メモリ内に格納される。乗り物では、点火が消えるとき、マイクロプロセッサまたはステッパモータが定期的に起動し、そして、格納された値を用いてゲージを演習してゲージをテーブル位置にリセットする。点火を着けたとき、マイクロプロセッサは、ゲージを零位置に直接動かす。しかし、上記米国特許５，６６５，８９７の書面は、本発明の主題であるポインタに必要とされる初期トルクを備えていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の第一の目的は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減する方法を提供することにある。
【００１０】
本発明のさらに別の目的は、ポインタ（１）に必要とされる初期トルクを確保し、そしてまた、ポインタ（１）のノイズおよび跳ね返りを削減することにある。
【００１１】
本発明のさらに別の目的は、定格電圧より所定の低減電圧にてモータを駆動して、ノイズを削減することにある。
【００１２】
本発明のさらに別の目的は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減するシステムを開発することにある。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、マイクロコントローラ内に設置されたアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を用いて、モータ内に生成された逆起電力を検知することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
したがって、本発明は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減する方法であって、バウンスバック電圧を検出することによりポインタ（１）のホーミング位置を測定し；ポインタ（１）を定格電圧にて順方向またはホーミング位置とは反対方向に駆動し、そしてその後、ポインタ（１）を定格電圧にて逆方向にポインタ（１）が加速されるまで駆動し；そして、モータを低減電圧にてポインタがホーミング位置に達するまで駆動して、ステッパモータのノイズを初期トルクを弱めることなく削減する工程を含む前記方法、ならびにステッパモータのホーミング中のノイズを、初期トルクを弱めることなく削減するシステムであって、ハイカレントバッファを有するマイクロコントローラのＰＷＭ出力に結合されたステッパモータ、およびモータ内で生成した逆起電力を検知するためのマイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有する前記システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】順、逆、および零位置方向へ移動するポインタ（１）の平面図を示す。
【図２】ポインタ（１）が定格電圧で駆動される際に、メカニカルストッパ（２）を打つポインタ（１）の平面図を示す。
【図３】ポインタ（１）が低減電圧で駆動される際に、メカニカルストッパ（２）を打つポインタ（１）の平面図を示す。
【図４】ステッパに結合したポインタ（１）およびステッパモータ付近に設置されたＤＢメーターを持つ側面図の側面図を示す。
【図５】ハイカレントバッファ、マイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有するマイクロコントローラ、およびステッパモータの間の結合を持つブロック図を示す。
【図６】モータが加速を達成するとき、電圧が２５％低減することを示す電圧対角度のグラフを示す。
【図７】モータが加速を達成するとき、電圧が低減しないことを示す電圧対角度のグラフを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、トルクを弱めることなく削減する方法であって、バウンスバック電圧を検出することによりポインタ（１）のホーミング位置を測定し；ポインタ（１）を定格電圧にて順方向またはホーミング位置とは反対方向に駆動し、そしてその後、ポインタ（１）を定格電圧にて逆方向にポインタ（１）が加速されるまで駆動し；そして、モータを低減電圧にてポインタがホーミング位置に達するまで駆動して、ステッパモータのノイズを初期トルクを弱めることなく削減する工程を含む前記方法に関する。
【００１７】
本発明のさらに別の実施態様では、バウンスバック電圧を検出することによるポインタ（１）のホーミング位置は、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）によって測定される。
【００１８】
本発明のさらに別の実施態様では、ポインタがメカニカルストッパ（２）に接触するときに発生するノイズは、ステッパモータに当たったポインタ（１）の跳ね返りに直接比例する。
【００１９】
本発明のさらに別の実施態様では、ホーミング位置は、ポインタ（１）をメカニカルストッパ（２）またはホーミング位置とは反対の方向に所定の角度駆動し、続いてポインタ（１）をメカニカルストッパ（２）に向かって逆方向に駆動することにより検知される。
【００２０】
本発明のさらに別の実施態様では、該定格電圧は約５Ｖである。
【００２１】
本発明のさらに別の実施態様では、モータは、定格電圧より１０％〜３０％低減した電圧、好ましくは２５％低減した電圧で駆動される。
【００２２】
本発明のさらに別の実施態様では、該方法は、ポインタ（１）の跳ね返りを減少させ、そしてノイズレベルを３０％削減する。
【００２３】
本発明は、ステッパモータのホーミング中のノイズを、初期トルクを弱めることなく減少させるシステムであって、ハイカレントバッファを有するマイクロコントローラのＰＷＭ出力に結合されたステッパモータ、およびモータ内で生成した逆起電力を検知するためのマイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有する前記システムに関する。
【００２４】
本発明のさらに別の実施態様では、ハイカレントバッファおよびアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）は、コイルＡおよびコイルＢを介してステッパモータに結合される。
【００２５】
本発明のさらに別の実施態様では、ハイカレントバッファは、好ましくはマイクロコントローラに組み込まれ、そして２５ｍＡ電流をステッパモータへ駆動する。
【００２６】
本発明のさらに別の実施態様では、ＰＷＭ出力信号は、１５ＫＨｚ〜１６ＫＨｚの周波数範囲を有する。
【００２７】
図１に、ステッパモータのポインタ（１）の平面図を示す。ポインタ（１）の移動は、順、逆および零位置方向である。ポインタ（１）は、定格電圧にて順方向に始動し、ポインタ（１）が定格電圧で加速されるまで後戻りする。ポインタ（１）は、定格電圧を印加することによりゆるやかに加速され、ポインタ（１）が加速された後は、ポインタ（１）は、低減電圧で零位置まで駆動される。電圧は、２５％低減する。
【００２８】
この装置内に使用されるステッパモータは、ポインタ（１）の零（リセットまたはホーミング）位置用にメカニカルストッパ（２）を有する。それは、良好な設定能のために内部に単一／多重極磁石を備え、そして、位相偏移が３０または４０または６０または９０度離れた二つのコイルが存在する。
【００２９】
ホーミング位置を検知するためには、ポインタ（１）は、メカニカルストッパ（２）（順方向）とは反対に数度動かされ、次いで、メカニカルストッパ（２）の方向かって逆方向に駆動してホーミング位置を見つける、
【００３０】
図２および３は、それぞれ、ポインタ（１）を定格電圧にて駆動した際およびポインタ（１）を低減電圧で駆動した際に、メカニカルストッパ（２）を打つポインタ（１）の平面図を図示する。ホーミング中、ポインタ（１）がメカニカルストッパ（２）に接触するときに、ポインタ（１）は前後に跳ね返る。モータに当たったポインタ（１）の跳ね返りの大きさ、および、ポインタ（１）がメカニカルストッパ（２）に接触するときに発生するノイズの大きさは、両方とも、ホーミングの印加電圧に直接関係する。
【００３１】
通常、このタイプのステッパモータは、通常操作およびホーミングのために５Ｖのような定格電圧にて駆動される。ポインタ（１）の跳ね返りおよび発生ノイズを許容レベルまで削減するために、印加電圧を低減することができる。しかし、これは、ポインタ（１）の初期移動に必要とする稼動トルクを減少させ得る。
【００３２】
本提案方法は、ポインタ（１）を定格電圧にて順方向の間駆動し、その後、定格電圧にて逆方向にポインタ（１）が加速（ポインタ（１）の逆方向への始動）される少時間駆動し、そしてその後、モータを１０％〜３０％低減した電圧にて駆動して、ノイズおよび跳ね返りの大きさを削減する。
【００３３】
この方法によれば、ポインタ（１）に必要とされる初期トルクを確保し、そしてまた、ポインタ（１）のノイズおよび跳ね返りを削減する。
【００３４】
ホーミングの進行中、ホーミング位置は、ＡＤＣ（アナログ−デジタル変換）法を用いたバウンスバック電圧を検出するシステムにより測定される。
【００３５】
図４は、ステッパに結合したポインタ（１）およびステッパモータ付近に設置されたＤＢメーターを持った防音室の側面図を示す。ＤＢメーターは、メカニカルストッパ（２）を打つポインタ（１）のノイズレベルを測定するために使用される。この防音室は、外部エージェントからシステムへ音が入るのを防止する。
【００３６】
本発明の用途は、自動車産業、航空産業、医療分野および機械用途に使用される。
【００３７】
図５は、ハイカレントバッファ、マイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を有するマイクロコントローラ、およびステッパモータの間の結合を持つブロック図を示す。ステップモータは、マイクロコントローラのＰＷＭ出力に直接結合される。マイクロコントローラは、ステッパモータが必要とする２５ｍＡ電流を駆動することの可能な組み込みハイカレントバッファを有する。モータ内で生成した逆起電力は、マイクロコントローラ内アナログ−デジタル変換器を用いて検知される。
【００３８】
ステッパモータへの電圧出力は、ＰＷＭ信号のデューティサイクルを変更することにより調整することができる。ＰＷＭ信号のために使用される周波数は、１５〜１６ＫＨｚである。
【００３９】
図６および図７は、モータが加速を達成するとき、電圧が２５％削減することを示す電圧対角度のグラフ、および、モータが加速を達成すると、電圧を削減しないことを示す電圧対角度のグラフを図示し、ここで、Ｖｃｃの値は、それぞれ、０．７５ＶｃｃおよびＶｃｃを維持することがわかる。
【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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【国際調査報告】
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