(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励磁コイルと、ＮＳ極が着磁され、かつ前記励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子とを有するステッピングモータと、
前記回転子の回転駆動に連動する被駆動部材と、
前記被駆動部材と当接して所定位置に停止させるストッパと、
前記励磁コイルの励磁状態を制御し、前記回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、
前記励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、前記被駆動部材が前記所定位置に向かうように前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、
前記回転子の回転により誘導電圧が生じる検出コイルと、
前記複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、前記第２の励磁手段により前記励磁コイルが前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、前記検出コイルに発生する両端電圧に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出する位置検出手段と、
命令信号を入力したとき、前記第１の励磁手段による制御を停止させると共に、前記第２の励磁手段による制御を開始させ、前記位置検出手段により前記被駆動部材が前記所定位置で停止したことを検出したとき、前記第１の励磁手段による制御を開始させると共に、前記第２の励磁手段による制御を停止させる制御手段とを備え、
前記被駆動部材は、前記逆回転時において前記検出励磁ステップの１つ前の励磁ステップで前記ストッパと当接するように、前記回転子に組み込まれ、
前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとの当接直後、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間より長くする
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載の駆動装置であって、
前記第１の所定値は、前記回転子の振動が停止したと見なせる振幅に相当する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の駆動装置であって、
前記位置検出手段は、前記検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御中、前記検出コイルに発生する両端電圧の絶対値の平均値又は、積算値を算出し、該平均値又は、積算値に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項４】
請求項３記載の駆動装置であって、
前記位置検出手段は、前記検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御されてから、一定時間経過するまでに前記検出コイルに発生する電圧の絶対値を除いた平均値又は、積算値を算出する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項５】
請求項３又は４記載の駆動装置であって、
前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとが当接していない場合、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第２の所定値以下に収束するまでの時間以下にする
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項１〜５記載の駆動装置であって、
前記検出励磁ステップは、前記複数の励磁コイルの何れかが無励磁となるような励磁状態を規定し、
前記検出コイルとして、前記無励磁に制御されている前記励磁コイルを流用する
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
複数の励磁コイルの励磁状態を制御して、前記励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、
前記励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、前記回転子の回転駆動に連動する被駆動部材が所定位置に向かうように前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、
前記回転子の回転による誘導電圧が生じる検出コイルと、
前記複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、前記第２の励磁手段により前記励磁コイルが前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、前記検出コイルの両端電圧に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出する位置検出手段と、
命令信号を入力したとき、前記第１の励磁手段による制御を停止させると共に、前記第２の励磁手段による制御を開始させ、前記位置検出手段により前記被駆動部材が前記所定位置で停止したことを検出したとき、前記第１の励磁手段による制御を開始させると共に、前記第２の励磁手段による制御を停止させる制御手段とを備え、
前記被駆動部材は、前記逆回転時において前記検出励磁ステップの１つ前の励磁ステップに規定される励磁状態に制御されたとき、前記ストッパと当接するように、前記回転子に組み込まれ、
前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとの当接直後、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間よりも長くする
ことを特徴とする駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は駆動装置及び、駆動制御装置に係わり、特に、ステッピングモータの回転によって被駆動部材が駆動される駆動装置及び、ステッピングモータを回転駆動するための駆動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述した駆動制御装置を組み込んだ駆動装置として、例えば、車両の速度やエンジンの回転数を指示する指針を被駆動部材とする指示装置が知られている。上記指示装置は、図１に示すように、２つの励磁コイル１ａ１、１ａ２及び、ＮＳ極が交互に５極づつ着磁され、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の変化に追従して回転する回転子１ｂを有するステッピングモータ１と、回転子１ｂの回転駆動に連動する指針２と、回転子１ｂの回転駆動を指針２に伝えるギア３と、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御して、回転子１ｂを正逆回転させる駆動制御装置４とを備えている。
【０００３】
ここで、ステッピングモータ１の回転動作原理を、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態と回転子１ｂの回転との関係の一例を図７を参照して以下説明する。まず、励磁ステップ▲１▼に規定された励磁状態、すなわち励磁コイル１ａ２のｂ側が無励磁に、励磁コイル１ａ１のａ側がＳ極となるように制御すると、励磁コイル１ａ１のａ側に回転子１ｂのＮ極が吸引され安定する。
【０００４】
次に、励磁ステップ▲２▼に進んで、励磁コイル１ａ２のｂ側がＳ極に、励磁コイル１ａ１のａ側もＳ極になるように制御すると、回転子１ｂは励磁ステップ▲１▼の回転子１ｂの位置から矢印Ｙ１方向に９度回転した位置で停止する。回転子１ｂの矢印Ｙ１方向の回転に伴って指針２は、矢印Ｙ３方向に移動することとなる（図１参照）。
【０００５】
以下、励磁コイル１ａ２のｂ側、励磁コイル１ａ１のａ側をそれぞれＳ極、無励磁（励磁ステップ▲３▼）→Ｓ極、Ｎ極（励磁ステップ▲４▼）→無励磁、Ｎ極（励磁ステップ▲５▼）→Ｎ極、Ｎ極（励磁ステップ▲６▼）→Ｎ極、無励磁（励磁ステップ▲７▼）→Ｎ極、Ｓ極（励磁ステップ▲８▼）となるように制御すると、回転子１ｂは励磁状態の変化に追従して矢印Ｙ１方向に９度づつ回転する。
【０００６】
そして、励磁ステップ▲８▼から、再び励磁ステップ▲１▼に規定された励磁状態に制御すると、回転子１ｂはまた矢印Ｙ１方向に９度回転して安定する。従って、それぞれ異なる複数の励磁ステップ▲１▼→▲２▼→…▲８▼から構成される励磁パターンに従って繰り返し励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御することによって、回転子１ｂを１ステップごとに矢印Ｙ１方向に９度づつ回転させている。以降、回転子１ｂの矢印Ｙ１方向の回転を正回転という。
【０００７】
また、回転子１ｂを矢印Ｙ２方向に回転させるためには、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を励磁ステップ▲８▼→▲７▼→…→▲１▼というように上記励磁パターンと逆のパターンに従って制御すればよい。そして、この回転子１ｂの矢印Ｙ２方向の回転に伴って、指針２は矢印Ｙ４方向に移動することとなる（図１参照）。以降、回転子１ｂの矢印Ｙ２方向の回転を逆回転という。
【０００８】
次に、上記指示装置が例えば車速計に用いられている場合についての動作を以下説明する。駆動制御装置４には、車速センサが計測した車速情報に基づき算出した指針２の指示位置である目標位置θと、現位置θ′との差である移動量θ−θ′に相当する回転子１ｂの回転角度を示す角度データＤ１が供給される。そして、駆動制御装置４がこの角度データＤ１に応じて励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御することにより、指針２が移動量θ−θ′だけ移動して目標位置θを指示するようになる。
【０００９】
ところで、上記指示装置は、車体の振動或いは、雑音が重畳している角度データＤ１の入力等の原因により、指針２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２が指示する速度と、速度センサが計測した速度情報との間で差異が生じ、指示装置は正確な指示を行うことができなくなってしまう。
【００１０】
そこで、このような問題を解決するために、図１に示すように、指針２がゼロ（例えば０km/h）を示す位置にストッパ５を設け、イグニッションオン、オフ又は車載バッテリを接続するタイミングで、指針２をストッパ５側に移動させると共に、ストッパ５に当接させてゼロ位置に機械的に停止させることによって、指針２が指示する速度と、速度センサが計測した速度情報との差異をリセットするリセット動作を行っていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した指示装置は、指針２を確実にストッパ５に当接させるため、指針２の振れ角Ａより大きい角度（Ａ＋α）だけ指針２を移動させるように回転子１ｂを回転させる必要がある。このため、指針２が指示する速度と、速度センサが計測した速度情報との間で差異が生じていようが、いまいが、またその差異が大きかろうが、小さかろうが必ずリセット動作に指針２を角度（Ａ＋α）移動させる分の時間を費やし、リセット動作に時間がかかり過ぎるという問題があった。
【００１２】
また、指針２がストッパ５に当接して停止しているにも拘わらず励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態が制御し続けられるため、指針２がストッパ５に当接したり離れたりを繰り返し、指針２がストッパ５に当接する毎に「カチ、カチ」という音が生じ、運転者にとってその音は不快となる。
【００１３】
そこで、上記問題を解決するために、指針２がストッパ５に当接したと同時に、回転子１ｂの回転制御を停止させてリセット動作を終了させる指示装置が知られている。すなわち、指針２がストッパ５に当接しておらず、指針２が移動して回転子１ｂが回転している間は、無励磁に制御されている励磁コイル１ａ１又は、１ａ２には誘導電圧が生じる。一方、指針２がストッパに当接して、回転子１ｂの回転が停止したときは、無励磁状態に制御されている励磁コイル１ａ１又は、１ａ２に誘導電圧が生じない。
【００１４】
以上のことに着目し、励磁コイル１ａ１、１ａ２の何れかが無励磁に制御される励磁ステップ▲１▼、▲３▼、▲５▼又は、▲７▼のうち１つを検出励磁ステップとし、励磁コイル１ａ１、１ａ２が検出励磁ステップに制御される毎に、無励磁となっている励磁コイル１ａ１又は、１ａ２の両端電圧を検出できるようにする。
【００１５】
そしてさらに、逆回転時において検出励磁ステップの１つ前の励磁ステップで、指針２がストッパ５と当接するように、指針２を回転子１ｂに組み込む。具体的には、例えば励磁ステップ▲１▼を検出励磁ステップとすると、逆回転時における一つ前の励磁ステップである励磁ステップ▲２▼で指針２がストッパ５に当接するようにする。
【００１６】
そして、検出した励磁コイル１ａ１又は、１ａ２の両端電圧が、予め定めた閾値を超えたとき、励磁コイル１ａ１又は、１ａ２に誘導電圧が発生し、回転子１ｂが回転中であると判断する。一方、両端電圧が、閾値以下であるとき、誘導電圧が生じておらず、指針２がストッパ５と当接してゼロ位置で停止したとして指針２を逆回転させる励磁状態の制御を停止させて、リセット動作を終了させるものが考えられていた。
【００１７】
ところが、回転子１ｂは、指針２がストッパ５と当接した直後は、すぐにその回転が停止せず、ギア３のあそび分だけさらに回転した後停止することがある。このため、このあそび分の回転に応じて当接直後であっても励磁コイル１ａ１又は、１ａ２に誘導電圧が発生してしまうため、検出励磁ステップに制御中に、無励磁の励磁コイル１ａ１又は、１ａ２に発生する電圧は、当接時と非当接時とで差があまり大きく出ないという問題がある。
【００１８】
従って、ギア３のあそびの状態等によっては指針２がストッパ５に当接したにも拘わらず、あそび分の回転により発生する誘導電圧により、両端電圧が閾値を超えてしまい、回転子１ｂが回転中であると誤判断してしまい、指針２がストッパ５に当接したと同時にリセット動作を終了することができない。
【００１９】
また、このギア３のあそび分を考慮して閾値を高めに設定しておくと、今度は指針２がストッパ５に当接していない間、すなわち回転子１ｂが回転中に発生する誘導電圧が閾値以下となり、指針２が示す速度と、速度センサが計測した速度情報とがリセットされないうちに、リセット動作を終了させてしまうという問題があった。
【００２０】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することにより、被駆動部材がストッパに当接したとほぼ同時にリセット動作を確実に終了することができる駆動装置及び、駆動制御装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【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記載の発明は、複数の励磁コイルと、ＮＳ極が着磁され、かつ前記励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子とを有するステッピングモータと、前記回転子の回転駆動に連動する被駆動部材と、前記被駆動部材と当接して所定位置に停止させるストッパと、前記励磁コイルの励磁状態を制御し、前記回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、前記励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、前記被駆動部材が前記所定位置に向かうように前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、前記回転子の回転により誘導電圧が生じる検出コイルと、前記複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、前記第２の励磁手段により前記励磁コイルが前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、前記検出コイルに発生する両端電圧に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出する位置検出手段と、命令信号を入力したとき、前記第１の励磁手段による制御を停止させると共に、前記第２の励磁手段による制御を開始させ、前記位置検出手段により前記被駆動部材が前記所定位置で停止したことを検出したとき、前記第１の励磁手段による制御を開始させると共に、前記第２の励磁手段による制御を停止させる制御手段とを備え、前記被駆動部材は、前記逆回転時において前記検出励磁ステップの１つ前の励磁ステップで前記ストッパと当接するように、前記回転子に組み込まれ、前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとの当接直後、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間より長くすることを特徴とする駆動装置に存する。
【００２２】
請求項１記載の発明によれば、第１の励磁手段が、複数の励磁コイルの励磁状態を制御し、当該励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子を正逆回転させる。ストッパが、回転子の回転駆動に連動する被駆動部材を所定位置に機械的に停止させる。第２の励磁手段が、励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、被駆動部材がストッパに向かうように回転子を逆回転させる。
【００２３】
制御手段が、命令信号を入力したとき、第１の励磁手段による制御を停止させると共に、第２の励磁手段による制御を開始させる。第２の励磁手段による制御が開始されると、位置検出手段が、複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、第２の励磁手段により励磁コイルが検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、回転子の回転により誘導電圧が生じる検出コイルの両端電圧に基づき、被駆動部材がストッパに当接して所定位置で停止したことを検出する。
【００２４】
なお、被駆動部材は、逆回転時において検出励磁ステップの１つ前に制御される励磁ステップで、ストッパと当接するように回転子に組み込まれ、第２の励磁手段が、検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、被駆動部材とストッパとの当接直後に、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間（以下、当接収束時間という）より長くしている。そして、位置検出手段により被駆動部材が所定位置で停止したことを検出したとき、制御手段が第１の励磁手段による制御を開始させると共に、第２の励磁手段による制御を停止させる。
【００２５】
従って、被駆動部材とストッパとの当接直後、回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束した後は、検出コイルに誘導電圧がほとんど生じることはない。一方、被駆動部材とストッパとが当接していない場合であれば、当接時の振幅が第１の所定値以下となるタイミングで、第１の所定値より大きい振幅での振動が生じているため、検出コイルに大きな誘導電圧が生じ続けている。
【００２６】
以上のことに着目し、検出励磁ステップに規定される励磁状態に規定する時間を、当接収束時間より長くすれば、検出励磁ステップに制御してから当接収束時間経過後、検出コイルには、当接時はほとんど誘導電圧が発生することがないが、非当接時は振動が収束していないため大きな誘導電圧が発生するため、非当接時と当接時とで検出コイルに発生する電圧の差を大きくすることができる。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の駆動装置であって、前記第１の所定値は、前記回転子の振動が停止したと見なせる振幅に相当することを特徴とする駆動装置に存する。
【００２８】
請求項２記載の発明によれば、第１の所定値が、回転子の振動が停止したとみなせる振幅に相当するので、被駆動部材とストッパとの当接時に、検出励磁ステップに制御してから第１の所定値以下に収束するまでの時間経過後に、検出コイルには発生する誘導電圧がほぼゼロとすることができ、より一層確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することができる。
【００２９】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の駆動装置であって、前記位置検出手段は、前記検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御中、前記検出コイルに発生する両端電圧の絶対値の平均値又は、積算値を算出し、該平均値又は、積算値に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出することを特徴とする駆動装置に存する。
【００３０】
請求項３記載の発明によれば、位置検出段が、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御中、検出コイルに発生する電圧の絶対値の平均値又は、積算値を算出し、該平均値又は、積算値に基づき、被駆動部材がストッパに当接して所定位置で停止したことを検出する。従って、検出励磁ステップに規定する励磁状態に制御する時間を、当接収束時間より長くすることにより、検出励磁ステップに制御中、検出コイルに発生する電圧の絶対値の平均又は、積算値は、当接時と非当接時とで差を大きくすることができ、確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することができる。
【００３１】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の駆動装置であって、前記位置検出手段は、前記検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御されてから、一定時間経過するまでに前記検出コイルに発生する電圧の絶対値を除いた平均値又は、積算値を算出することを特徴とする駆動装置に存する。
【００３２】
請求項４記載の発明によれば、検出励磁ステップに制御した直後は、当接時であっても比較的大きい誘導電圧が発生する可能性があり、検出コイルに生じる電圧は、当接時と非当接時とで差があまりないことに着目し、判断手段が、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御されてから、一定時間経過するまでに検出コイルに発生する電圧の絶対値を除いた平均値又は、積算値を算出する。従って、当接時と、非当接時との平均値又は、積算値の差を小さくすることなく、平均値又は、積算値を算出する期間を短くすることができる。
【００３３】
請求項５記載の発明は、請求項３又は４記載の駆動装置であって、前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとが当接していない場合、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第２の所定値以下に収束するまでの時間以下にすることを特徴とする駆動装置に存する。
【００３４】
請求項５記載の発明によれば、第２の励磁手段が、検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、被駆動部材とストッパとが当接していない場合、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、回転子に発生する振動の振幅が第２の所定値以下に収束する時間（以下、非当接収束時間という）以下にする。
【００３５】
検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、当接収束時間より長くするほど、検出励磁ステップに制御中、検出コイルに発生する電圧の平均値及び、積算値は、当接時と非当接時とで差が大きくなり、非当接収束時間でその差が最大となる。従って、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御する時間を、当接収束時間より長く、かつ非当接収束時間以下にすれば、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御する時間が無駄に長くなることがない。
【００３６】
請求項６記載の発明は、請求項１〜５記載の駆動装置であって、前記検出励磁ステップは、前記複数の励磁コイルの何れかが無励磁となるような励磁状態を規定し、前記検出コイルとして、前記無励磁に制御されている前記励磁コイルを流用することを特徴とする駆動装置に存する。
【００３７】
請求項６記載の発明によれば、検出コイルとして、第２の励磁手段により無励磁状態に制御されている励磁コイルを流用している。従って、誘導電圧検出用の検出コイルと、回転子を回転させるための検出コイルとを別途に設ける必要がない。
【００３８】
請求項７記載の発明は、複数の励磁コイルの励磁状態を制御して、前記励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、前記励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、前記回転子の回転駆動に連動する被駆動部材が所定位置に向かうように前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、前記回転子の回転による誘導電圧が生じる検出コイルと、前記複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、前記第２の励磁手段により前記励磁コイルが前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、前記検出コイルの両端電圧に基づき、前記被駆動部材が前記ストッパに当接して前記所定位置で停止したことを検出する位置検出手段と、命令信号を入力したとき、前記第１の励磁手段による制御を停止させると共に、前記第２の励磁手段による制御を開始させ、前記位置検出手段により前記被駆動部材が前記所定位置で停止したことを検出したとき、前記第１の励磁手段による制御を開始させると共に、前記第２の励磁手段による制御を停止させる制御手段とを備え、前記被駆動部材は、前記逆回転時において前記検出励磁ステップの１つ前の励磁ステップに規定される励磁状態に制御されたとき、前記ストッパと当接するように、前記回転子に組み込まれ、前記第２の励磁手段は、前記検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、前記被駆動部材と前記ストッパとの当接直後、当該検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、前記回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間よりも長くすることを特徴とする駆動制御装置に存する。
【００３９】
請求項７記載の発明によれば、第１の励磁手段が、複数の励磁コイルの励磁状態を制御し、当該励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転する回転子を正逆回転させる。ストッパが、回転子の回転駆動に連動する被駆動部材を所定位置に機械的に停止させる。第２の励磁手段が、励磁コイルの励磁状態を規定する複数の異なる励磁ステップから構成される励磁パターンに従って励磁状態の制御をすることにより、被駆動部材がストッパに向かうように回転子を逆回転させる。
【００４０】
制御手段が、命令信号を入力したとき、第１の励磁手段による制御を停止させると共に、第２の励磁手段による制御を開始させる。第２の励磁手段による制御が開始されると、位置検出手段が、複数の励磁ステップのうち１つを検出励磁ステップとしたとき、第２の励磁手段により励磁コイルが検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御されるごとに、回転子の回転により誘導電圧が生じる検出コイルの両端電圧に基づき、被駆動部材がストッパに当接して所定位置で停止したことを検出する。
【００４１】
なお、被駆動部材が、逆回転時において検出励磁ステップの１つ前に制御される励磁ステップで、ストッパと当接するように回転子に組み込まれ、第２の励磁手段が、検出励磁ステップに規定される励磁状態に制御する時間を、被駆動部材とストッパとの当接直後に、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御したとき、回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束するまでの時間（以下、当接収束時間という）より長くしている。そして、位置検出手段により被駆動部材がストッパに当接して所定位置で停止したことを検出したとき、制御手段が第１の励磁手段による制御を開始させると共に、第２の励磁手段による制御を停止させる。
【００４２】
従って、被駆動部材とストッパとの当接直後、回転子に発生する振動の振幅が第１の所定値以下に収束した後は、検出コイルに誘導電圧がほとんど生じることはない。一方、被駆動部材とストッパとが当接していない場合であれば、当接時の振幅が第１の所定値以下となるタイミングで、第１の所定値より大きい振幅での振動が生じているため、検出コイルに大きな誘導電圧が生じ続けている。
【００４３】
以上のことに着目し、検出励磁ステップに規定される励磁状態に規定する時間を、当接収束時間より長くすれば、検出励磁ステップに制御してから当接収束時間経過後、検出コイルにほとんど誘導電圧が発生することがないが、非当接時には当接直後に比べて大きな誘導電圧が発生するため、確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することができる。
【００４４】
【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、本発明の駆動装置として駆動制御装置を組み込んだ指示装置を示す図である。指示装置は、上述した従来で説明したように、励磁コイル１ａ１、１ａ２及び、ＮＳ極が交互に５極づつ着磁され、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の変化に追従して回転する回転子１ｂを有するステッピングモータ１とを備えている。
【００４５】
指示装置はさらに、回転子１ｂの回転駆動に連動する被駆動部材としての指針２と、回転子１ｂの回転駆動を指針２に伝えるギア３と、指針２がゼロを示す位置（以下、ゼロ位置という）に、指針２を機械的に停止させるストッパ５とを備えている。なお、このゼロ位置が請求項中の所定位置に相当する。
【００４６】
まず、駆動制御装置４の構成について説明する。駆動制御装置４は、図２に示すように、速度情報に基づき算出された角度データＤ１に応じて回転子１ｂを正逆回転させる第１の励磁回路４ａ（＝第１の励磁手段）を有する。上記第１の励磁回路４ａは、角度データＤ１に応じた励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４を励磁コイル１ａ１、１ａ２に対して出力して、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御する。
【００４７】
駆動制御装置４はまた、励磁コイル１ａ１のｂ側に設けられたスイッチＳＷ１と、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御する励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４を出力して、指針２がゼロ位置に向かう方向に回転子１ｂを逆回転させると共に、オープン信号Ｓ１をスイッチＳＷ１の制御端子に出力する第２の励磁回路４ｂ（＝第２の励磁手段）を有する。
【００４８】
上述した従来例では、励磁ステップ▲８▼→▲７▼…→▲１▼から構成される励磁パターンに従って励磁状態を制御することにより逆回転させていたが、本実施の形態において、第２の励磁回路４ｂは、図３（ａ）〜（ｄ）に示すような励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４を励磁コイル１ａ１、１ａ２に出力することにより、励磁ステップ▲８▼を除いた励磁ステップ▲７▼→▲６▼→▲５▼→…→▲１▼から構成される励磁パターンに従って励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の制御を行う。
【００４９】
このように、励磁ステップ▲８▼を除くと、励磁ステップ▲１▼から励磁ステップ▲７▼への励磁状態の変化に追従して回転子１ｂは、１８度回転する。また、回転子１ｂは、励磁ステップ▲１▼から励磁ステップ▲７▼へ以外の変化に対しては、上述した従来で説明したように９度づつ回転する。
【００５０】
そして、励磁ステップ▲７▼を検出励磁ステップとし、検出励磁ステップ▲７▼に励磁状態が制御されるごとに、検出コイルとしての無励磁に制御されている励磁コイル１ａ１（図７参照）の両端電圧Ｖ１に基づき、指針２がストッパ５に当接してゼロ位置で停止したことを検出する。
【００５１】
上述したように、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回転子１ｂの回転量が大きくなるような励磁ステップを検出励磁ステップすることによって、回転子１ｂが回転可能な状態であるとき、励磁コイル１ａ１の両端には高い誘導電圧が生じる。
【００５２】
また、第２の励磁回路４ｂは、図３（ｅ）に示すように、励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態に制御中、オープン信号Ｓ１を、スイッチＳＷ１の制御端子に対して出力する。スイッチＳＷ１は、パルスの入力に応じて開し、励磁コイル１ａ１のｂ側をオープンにする。また、逆回転時において励磁ステップ▲７▼の一つ前の励磁ステップである励磁ステップ▲１▼で、指針２がストッパ５に当接するように指針２は回転子１ｂに組み込まれている。
【００５３】
駆動制御装置４はまた、図２に示すように、４つのＯＲゲートから構成され、励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４又は、励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４の何れかを励磁コイル１ａ１、１ａ２に入力するセレクタ回路４ｃと、検出励磁ステップ▲７▼に制御中に励磁コイル１ａ１に発生する電圧Ｖ１の積算値を算出すると共に、算出した積算値に基づき指針２がストッパ５に当接してゼロ位置で停止したことを検出する位置検出回路４ｄとを備える。
【００５４】
駆動制御装置４はさらに、イグニッションオン、オフ又は、車載バッテリの接続等のタイミングで出力されるリセット動作を開始させる旨を伝える命令信号Ｓ２を入力したとき、第１の励磁回路４ａによる制御を停止させると共に、第２の励磁回路４ｂによる制御を開始させ、指針２がストッパ５に当接してゼロ位置で停止したことを位置検出回路４ｄが検出したとき、第１の励磁回路４ａによる制御を開始させると共に、第２の励磁回路４ｂによる制御を停止させる制御回路４ｅを備えている。
【００５５】
次に、第２の励磁回路４ｂ及び、位置検出回路４ｄの詳細について説明する。第２の励磁回路４ｂは、図４に示すように、例えば２[ＭＨｚ]のクロック信号ＣＫを所定の分周比で分周する分周回路４ｂ１と、分周回路４ｂ１が分周した分周パルスに基づいて、励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４、オープン信号Ｓ１を直列にした直列信号を出力するパターン生成回路４ｂ２と、直列信号を並列にすることにより、励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４、オープン信号Ｓ１を並列に出力する５ビットのシフトレジスタ４ｂ３とを有している。
【００５６】
位置検出回路４ｄは、Ｈレベルのオープン信号Ｓ１が入力されると、パルスを発生するパルス発生器４ｄ１を備える。このパルス発生器４ｄ１は、図３（ｆ）に示すように、オープン信号Ｓ１がＨレベルの間、すなわち励磁ステップ▲７▼に制御中、例えば６４個のパルスからなるサンプリング信号Ｓ２を出力するものである。
【００５７】
位置検出回路４ｄはまた、励磁コイル１ａ２の両端電圧Ｖ１を例えば８ビットのディジタル信号Ｄ２に変換するアナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器という）４ｄ２と、サンプリング信号Ｓ２がＨレベルとなるごとに、Ａ／Ｄ変換器４ｄ２の出力であるディジタル値Ｄ２を順次積算する積算回路４ｄ３とを備える。
【００５８】
位置検出回路４ｄはさらに、該パルス発生器４ｄ１から６４個のパルスが入力するごとに１パルス出力するカウンタ４ｄ４と、該カウンタ４ｄ４からパルスが出力される毎に、積算回路４ｄ３が積算した積算値と、予め定めた閾値とを比較する比較器４ｄ５とを備える。
【００５９】
上述した構成の駆動制御装置を組み込んだ駆動装置としての指示装置の動作原理を図５に示すタイムチャートを参照して以下説明する。励磁ステップ▲１▼から検出励磁ステップ▲７▼に励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を変化させると、回転子１ｂはこの励磁状態の変化に追従して１８度回転する。そして、そのまま検出励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態に制御し続けると、回転子１ｂは、慣性等の影響により振動し、その後振動が収束して停止状態となる。
【００６０】
ところで、上述したように、指針２は励磁ステップ▲１▼でストッパ５に当接するように組み込まれている。そして、上記振動は、検出励磁ステップ▲７▼の一つ前の励磁ステップである励磁ステップ▲１▼で指針２がストッパ５に当接していなければ、図５（ａ）に示す誘導電圧が励磁コイル１ａ１に生じる。
【００６１】
一方、励磁ステップ▲１▼で指針２がストッパ５に当接していれば、理想的には誘導電圧は発生しないことになるが、ギア３のあそび等の影響により回転子１ｂがあそび分だけ回転して、図５（ｂ）に示すような誘導電圧が生じる。図５から明らかなように当接時は、非当接時に比べて回転子１ｂに発生する振動の収束時間が短くなることがわかる。これは指針２がストッパ５に当接して、回転子１ｂの振動を抑えているためである。
【００６２】
すなわち、指針２とストッパ５との当接直後、回転子１ｂに発生する振動の振幅が振動停止と見なせる第１の所定値以下に収束した後は、励磁コイル１ａ２に誘導電圧がほとんど生じることはない。一方、指針２とストッパ５とが当接していない場合であれば、当接時の振幅が第１の所定値以下となるタイミングで、振動はまだ収束しておらず無励磁の励磁コイル１ａ２には大きな誘導電圧が生じ続けている（図５参照）。
【００６３】
以上のことに着目し、検出励磁ステップ▲７▼に規定される励磁状態に制御する時間を、励磁ステップ▲１▼で指針２がストッパ５に当接した直後に、検出励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態に制御したとき、回転子１ｂに発生する振動の振幅がゼロとみなせる第１の所定値以下に収束するまでの時間Ｔ１（以下、当接収束時間Ｔ１という）より長する。
【００６４】
このようにすれば、検出励磁ステップ▲７▼に制御してから当接収束時間Ｔ１経過後、励磁コイル１ａ１には、当接時はほとんど誘導電圧が発生することはないが、非当接時には振動が収束していないため大きな誘導電圧が発生する。従って、検出励磁ステップ▲７▼の制御中に励磁コイル１ａ２に発生する電圧の絶対値の積算値を算出すれば、算出した積算値は当接時と非当接時とではっきりとした差が発生する。
【００６５】
また、算出した積算値は、検出励磁ステップ▲７▼に規定される励磁状態に制御する時間を、当接収束時間Ｔ１より長くすればするほど当接時と、非当接時との差も大きくなり、指針２とストッパ５との非当接時に、検出励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態に制御したとき、回転子１ｂに発生する振動の振幅が、振動ゼロとみなせる値に相当する第２の所定値以下に収束するまでの時間Ｔ２（以下、非当接収束時間Ｔ２という）を超えると、図５からも明らかなように当接時と、非当接時の差の増加は停止する。
【００６６】
すなわち、検出励磁ステップ▲７▼に規定される励磁状態に制御する時間を、非当接収束時間Ｔ２より長くしても、当接時と、非当接時との積算値の差が大きくなることがなく、無駄に制御時間を長くして回転子１ｂの逆回転速度を遅くするだけである。従って、検出励磁ステップ▲７▼に規定される励磁状態に制御する時間を、非当接収束時間Ｔ２以下にすれば、検出励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態に制御する時間が無駄に長くなることがなく、リセット動作中の回転子１ｂの逆回転が無駄に遅くなることがない。
【００６７】
なお、本発明の実施の形態では、検出励磁ステップ▲７▼に規定される励磁状態に制御する時間を、非当接収束時間Ｔ２とし、当接時と非当接時との積算値の差を最大にする最も短い時間に設定している。また、上記当接収束時間Ｔ１及び、非当接収束時間Ｔ２は、実験等により得た経験値によって定めている。
【００６８】
上記概要で説明した駆動制御装置を組み込んだ駆動装置としての指示装置の動作の詳細を図６に示す各回路の出力タイムチャートを参照して以下説明する。イグニッションオン、オフ又は車載バッテリの接続時に応じて出力される命令信号Ｓ２が入力したとき（図６（ａ））、制御回路４ｅはリセット動作を開始し、第１の励磁回路４ａに角度データＤ１の入力を拒否させる拒否信号を出力して、第１の励磁回路４ａによる制御を停止させる。
【００６９】
また、制御回路４ｅは、分周回路４ｂ１にクロック信号ＣＫの分周を開始させる（図６（ｂ））。これにより、パターン生成回路４ｂ２には分周パルスが入力され、これに応じて励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４、オープン信号Ｓ１を直列にした直列信号がシフトレジスタ４ｂ３に対して出力される（図６（ｃ））。
【００７０】
またシフトレジスタ４ｂ３は、分周パルスが入力する毎にパターン生成回路４ｂ２から出力される直列信号を５ビットのレジスタに順次記憶すると共に、分周パルスが５個入力する毎に、各レジスタに記録された信号を並列に出力し、励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４、オープン信号Ｓ１をそれぞれ並列に出力している。
【００７１】
そして、この励磁パルス２１〜Ｐ２４の入力により、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態が励磁ステップ▲７▼→▲６▼…→▲１▼に示すように順次変化し、この変化に追従し回転子１ｂが逆回転する。また、サンプリング信号Ｓ２がＨレベルになるごとに、Ａ／Ｄ変換器４ｄ２が変換したディジタル値Ｄ２を積算回路４ｄ３が積算する。すなわち、積算回路４ｄ３は、検出励磁ステップ▲７▼に制御中に励磁コイル１ａ２に発生する電圧Ｖ１を間欠的に６４回取り込むと共に、その積算値を算出する。
【００７２】
そして、検出励磁ステップ▲７▼に制御中、６４個のパルスがすべて出力されるとカウンタ４ｄ４が１パルス出力し、カウンタ４ｄ４からの出力に応じて積算回路４ｄ３には積算ディジタル値Ｄ３を比較器４ｄ５に対して出力する。そして、比較器４ｄ５は、積算ディジタル値Ｄ３と閾値との比較を行う。
【００７３】
このとき、励磁ステップ▲１▼で指針２がストッパ５に当接しておらず、回転子１ｂが回転状態にあるときは無励磁の励磁コイル１ａ２には、図５（ａ）に示すような誘導電圧が生じているため、比較器４ｄ５に入力される両端電圧Ｖ１の積算ディジタル値Ｄ３は、閾値より高くなる。このとき、比較器４ｄ５はＬレベルの信号を出力する。
【００７４】
一方、検出励磁ステップ▲７▼の一つ前の励磁ステップである励磁ステップ▲１▼で指針２がストッパ５とすでに当接しているときは、図５（ｂ）に示すような誘導電圧が生じており、その積算値は小さい。従って、比較器４ｄ５に入力する電圧Ｖ１の積算ディジタル値Ｄ３は、閾値より小さくなる。このときは比較器４ｄ５は、誘導電圧無しを検出したことを伝える旨のＨレベルの検出信号を出力する。
【００７５】
この出力に応じて制御信号４ｅは、リセット動作を停止して、第２の励磁回路４ｂのパターン生成回路４ｂ２に励磁パルスＰ２１〜Ｐ２４、オープン信号Ｓ１を直列にした直列信号の生成を停止させると共に、シフトレジスタ４ｂ３をリセットして第２の励磁回路４ｂによる制御を停止させる。また、制御信号４ｅは、第１の励磁回路４ａに出力した拒否信号の出力を停止して、第１の励磁回路４ａによる制御を開始させる。
【００７６】
上述したように、検出励磁ステップ▲７▼に規定された励磁状態の制御する時間を、当接収束時間Ｔ１より長くすれば、算出した積算値が当接時と非当接時とで大きくなり、ギア３の状態等に影響して当接時に発生する誘導電圧が多少大きくなったとしても、閾値を超えないように、閾値を定めることができ、確実に指針２がストッパ５に当接して、ゼロ位置で停止していることを検出することができる。
【００７７】
なお、上述した実施例では、制御中の積算値を算出していたが、例えば、検出励磁ステップ▲７▼に制御した直後は、当接時であっても比較的大きい誘導電圧が発生する可能性があり、励磁コイル１ａ１に生じる電圧Ｖ１は、当接時と非当接時とで差があまりないことに着目し、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御されてから、一定時間Ｔ３経過するまでに励磁コイル１ａ１に発生する電圧Ｖ１の絶対値を除いた積算値を算出するようにしてもよい。すなわち、図５に示すＡ期間のみの電圧Ｖ１の積算値を算出するようにしてもよい。
【００７８】
以上のようにすれば、当接時と非当接時との積算値の差を小さくすることなく、積算値を算出する期間を短くすることができ、積算回路４ｄ３の構成を簡単にし、コストダウンを図ることができる。
【００７９】
また、上述した実施例では、積算値に基づき、指針２がストッパ５に当接してゼロ位置で停止したことを検出していたが、例えば、検出励磁ステップ▲７▼に制御中に励磁コイル１ａ１に発生する平均値に基づいて検出するようにしてもよい。
【００８０】
さらに、また、上述した実施例では、誘導電圧を検出する検出コイルを第２の励磁回路４ｂにより無励磁状態に制御されている励磁コイル１ａ１を流用していたが、例えば、励磁コイル１ａ１、１ａ２と別途に設けたコイルにより誘導電圧を検出するようにしてもよい。しかしながら、コスト的には、励磁コイル１ａ１を流用する方が部品点数を増やす必要がないため好ましい。
【００８１】
さらに、上述した実施例では、指針２を被駆動部材としていたが、例えば、図１に示すように、出力ギア内に固定され、出力ギアの回転に伴って移動する内部片６を被駆動部材としても同様の効果を得ることができる。このとき、ストッパ５′は、指針２が例えばゼロを指示するような位置にあるときの内部片６の位置に応じて設けられる。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１又は、７記載の発明によれば、検出励磁ステップに規定される励磁状態に規定する時間を、当接収束時間より長くすれば、検出励磁ステップに制御してから当接収束時間経過後、検出コイルには、当接時はほとんど誘導電圧が発生することがないが、非当接時は振動が収束していないため大きな誘導電圧が発生するため、非当接時と当接時とで検出コイルに発生する電圧の差を大きくすることができるので、検出コイルに発生する電圧に基づき、確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することができ、被駆動部材がストッパに当接したとほぼ同時にリセット動作を確実に終了することができる駆動装置及び、駆動制御装置を得ることができる。
【００８３】
請求項２記載の発明によれば、被駆動部材とストッパとの当接時に、検出励磁ステップに制御してから第１の所定値以下に収束するまでの時間経過後に、検出コイルには発生する誘導電圧がほぼゼロとなるため、より一層確実に被駆動部がストッパに当接したことを検出することができるので、被駆動部材がストッパに当接したとほぼ同時にリセット動作をより一層確実に終了することができる駆動装置を得ることができる。
【００８４】
請求項３記載の発明によれば、検出励磁ステップに規定する励磁状態に制御する時間を、当接収束時間より長くすることにより、検出励磁ステップに制御中、検出コイルに発生する電圧の絶対値の平均又は、積算値は、当接時と非当接時とで差を大きくすることができ、確実に被駆動部材がストッパに当接したことを検出することができるので、被駆動部材がストッパに当接したとほぼ同時にリセット動作をより一層確実に終了することができる駆動装置を得ることができる。
【００８５】
請求項４記載の発明によれば、当接時と、非当接時との平均値又は、積算値の差を小さくすることなく、平均値又は、積算値を算出する期間を短くすることができるので、簡単な構成で平均値を求めることができコストダウンを図った駆動装置を得ることができる。
【００８６】
請求項５記載の発明によれば、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御する時間を、当接収束時間より長く、かつ非当接収束時間以下にすれば、検出励磁ステップに規定された励磁状態に制御する時間が無駄に長くなることがないので、リセット動作中の回転子の逆回転が無駄に遅くなることがない駆動装置を得ることができる。
【００８７】
請求項６記載の発明によれば、誘導電圧検出用の検出コイルと、回転子を回転させるための検出コイルとを別途に設ける必要がないので、コストダウンを図った駆動装置を得ることができる。
【００８８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の駆動制御装置を組み込んだ駆動装置としての指示装置を示す回路図である。
【図２】図１の駆動制御装置の詳細を説明するための回路図である。
【図３】図２の第２の励磁回路から出力される励磁パルス及び、オープン信号を説明するためのタイムチャートである。
【図４】図２の第２の励磁回路及び、位置検出回路の詳細を説明するための回路図である。
【図５】図１の指示装置の動作原理を説明するためのタイムチャートである。
【図６】図１の指示装置の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図７】励磁コイルの励磁状態と回転子の回転との関係の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ａ１  励磁コイル
１ａ２  励磁コイル
１ｂ    回転子
１      ステッピングモータ
２      被駆動部材（指針）
５      ストッパ
４ａ    第１の励磁手段（第１の励磁回路）
４ｂ    第２の励磁手段（第２の励磁回路）
１ａ１  検出コイル（励磁コイル）
４ｄ    位置検出手段（位置検出回路）
４ｅ    制御手段（制御回路）
【図１】
0004404442.tif 000002
【図２】
0004404442.tif 000003
【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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