(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励磁コイル、ＮＳ極が複数着磁され、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、及び、前記励磁コイルとは別途に設けられ、前記回転子の回転に応じて誘導電圧が発生する検出コイル、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、
前記被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、
前記複数の励磁コイルの励磁状態を制御して、前記回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、
前記複数の励磁コイルの励磁状態を複数の励磁ステップに順次励磁して、前記被駆動部材が前記所定位置に向かう方向に前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、
該第２の励磁手段による制御中、前記各励磁ステップ毎に前記検出コイルの両端電圧を取り込んで前記検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づき、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、
イグニッションオン、オフまたは車載バッテリの接続時のタイミングで出力される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、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【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に係わり、特に、複数の励磁コイルと、ＮＳ極が複数着磁され、励磁コイルの励磁状態に追従して回転する回転子と、を備えたステッピングモータの回転により被駆動部材を駆動する駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、上述したステッピングモータ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５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、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６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▲８▼に進んで、励磁コイル１ａ２のｂ側がＮ極に、励磁コイル１ａ１のａ側が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５参照）。
【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Ｎ極、無励磁（励磁ステップ▲７▼）→Ｎ極、Ｎ極（励磁ステップ▲６▼）→無励磁、Ｎ極（励磁ステップ▲５▼）→Ｓ極、Ｎ極（励磁ステップ▲４▼）→Ｓ極、無励磁（励磁ステップ▲３▼）→Ｓ極、Ｓ極（励磁ステップ▲２▼）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▲１▼から、再び励磁ステップ▲８▼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▲８▼→▲７▼→…▲１▼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。
【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▲１▼→▲２▼…→▲８▼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５参照）。
【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、車体の振動や、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５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、オフ又はバッテリを接続するタイミングごとに、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間の差異をリセットするリセット動作を行っていた。以降、指針２をストッパ５に向かわせる方向の回転子１ｂの矢印Ｙ１方向の回転を逆回転といい。一方、指針２をストッパ５から遠ざける方向の回転子１ｂの矢印Ｙ２の回転を正回転という。
【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を逆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、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、一方指針２がストッパ５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に誘導電圧が生じないことに着目し、励磁コイルの何れかが無励磁状態に制御されるタイミングで、その無励磁状態の励磁コイルに生じる電圧を検出する。
【００１４】
そして、検出した電圧に基づき誘導電圧が生じているか否かを判断し、誘導電圧が生じていれば、指針２がストッパ５と当接したとして、指針２の移動を停止するものが考えられていた。
【００１５】
ところが、指針２がストッパ５と当接した後であっても、すぐに回転子１ｂの回転は停止せず、ギア３のあそび分だけさらに回転した後に停止することがある。そしてこの回転分は、ギア３の状態によって異なり、すなわち製品ごとにばらつく。
【００１６】
また、指針２がストッパ５と当接して、回転子１ｂの回転が停止された状態で、回転子１ｂを逆回転させるような制御が行われ続けると、励磁コイル１ａ１、１ａ２が所定の励磁状態に制御されるタイミングで、正回転してしまうことがある。
【００１７】
すなわち、例えば励磁コイル１ａ１、１ａ２が励磁ステップ▲２▼に規定される励磁状態になったとき、指針２がストッパ５に当接するように、回転子１ｂに組み込まれているとする。そして指針２がストッパ５に当接して、励磁ステップ▲２▼に示す位置で回転子１ｂが停止状態にあるときに、励磁ステップ▲１▼→▲８▼→▲７▼→▲６▼→▲５▼→▲４▼→▲３▼→▲２▼→▲１▼…と励磁パターンに従って励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の制御が行われ続けると、励磁ステップ▲４▼辺りで回転子１ｂが正回転してしまう恐れがある。
【００１８】
この回転子１ｂの正回転により励磁ステップ▲３▼では、指針２がストッパ５に当接した後であるにも拘わらず、誘導電圧が発生してしまい、指針２が所定位置に到達したことを検出することができない。つまり、指針２がストッパ５に当接した後、回転子が完全に停止状態である期間は、励磁ステップ▲８▼→▲７▼…→▲５▼の期間であり、非常に短い期間である。また、励磁ステップ▲４▼で正回転が発生する例について説明したが、回転子１ｂが停止状態から正回転する励磁ステップは、回転子１ｂの着磁の状態等によって異なり、上述した停止期間よりさらに短くなる可能性がある。
【００１９】
しかしながら、上述した従来では、無励磁状態に制御されるタイミングでしか、誘導電圧の有無を判断することができないため、製品によっては指針２がストッパ５に当接したことを検出することができない恐れがあった。
【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できるようにする駆動装置を提供することを課題とする。
【００２５】
【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、ＮＳ極が複数着磁され、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、及び、前記励磁コイルとは別途に設けられ、前記回転子の回転に応じて誘導電圧が発生する検出コイル、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、前記被駆動部材を所定位置に機械的に停止させるストッパと、前記複数の励磁コイルの励磁状態を制御して、前記回転子を正逆回転させる第１の励磁手段と、前記複数の励磁コイルの励磁状態を複数の励磁ステップに順次励磁して、前記被駆動部材が前記所定位置に向かう方向に前記回転子を逆回転させる第２の励磁手段と、該第２の励磁手段による制御中、前記各励磁ステップ毎に前記検出コイルの両端電圧を取り込んで前記検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づき、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、イグニッションオン、オフまたは車載バッテリの接続時のタイミングで出力される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、を備えることを特徴とする駆動装置に存する。
【００２６】
請求項１記載の発明によれば、ステッピングモータにおいて、ＮＳ極が複数着磁された回転子が、励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転し、励磁コイルとは別途に設けられた検出コイルが、回転子の回転に応じて誘導電圧を発生する。ストッパが、回転子の回転駆動に連動する被駆動部材の所定位置に機械的に停止させる。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て、回転子を正逆回転させる。第２の励磁手段が、複数の励磁コイルの励磁状態を複数の励磁ステップに順次励磁して、被駆動部材が所定位置に向かう方向に回転子を逆回転させる。
【００２７】
位置検出手段が、第２の励磁手段による制御中、各励磁ステップ毎に検出コイルの両端電圧を取り込んで検出コイルに生じる誘導電圧の有無に基づき、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。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、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、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。
【００２８】
従って、検出コイルを励磁コイルと別途に設け、検出コイルに発生する誘導電圧の有無を常に判断できるようにすれば、回転子が回転しているか、それとも被駆動部材がストッパに当接して回転子が停止しているかを常時判断することができる。
【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、本発明のステッピングモータを示す図である。ステッピングモータは、上述した従来で説明したように、ステータ１ｄに巻回された励磁コイル１ａ１、１ａ２と、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と、励磁コイル１ａ１、１ａ２とは別途に設けられ、回転子１ｂの回転に応じて誘導電圧が発生する検出コイル１ｃとを備えている。
【００３０】
上記ステッピングモータ１は、図２に示すように、指針を被駆動部材とする駆動装置としての指示装置を構成する。指示装置は、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、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御して、回転子１ｂを正逆回転する駆動制御装置４と、指針２を、ゼロを示す位置（以下、ゼロ位置という）に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。
【００３１】
次に、上記駆動制御装置４の構成について説明する。駆動制御装置４は、図３に示すように、角度データＤ１に応じて回転子１ｂを正逆回転させる励磁パルス（図示せず）を出力することにより、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御する第１の励磁回路４ａ（＝第１の励磁手段）と、回転子１ｂを逆回転させる励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４を出力することにより、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態を制御する第２の励磁回路４ｂ（第２の励磁手段）とを有する。
【００３２】
上記励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４は、１ステップごとに回転子１ｂを９度逆回転させるため、図４に示すように、互いに位相の異なるパルスである。この励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４を励磁コイル１ａ２のａ側、ｂ側、励磁コイル１ａ１のｂ側、ａ側にそれぞれ入力することにより、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態が図３に示すような、励磁ステップ▲８▼→…→▲１▼に対応して変化し、この励磁状態の変化に応じて回転子１ｂが追従して逆回転する。
【００３３】
駆動制御装置４はまた、図３に示すように、４つのＯＲゲートから構成され、第１の励磁回路４ａから出力されるパルス又は、励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４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、各励磁ステップに制御されるごとに検出コイル１ｃの両端電圧Ｖ１を取り込み、取り込んだ両端電圧Ｖ１に基づき誘導電圧の有無を判断して、回転子１ｂが回転しているか、それとも指針２がストッパ５に当接してゼロ位置で停止しているかを検出する位置検出回路４ｄ（＝位置検出手段）とを有する。
【００３４】
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命令信号Ｓ３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（＝制御手段）とを有している。
【００３５】
上述した構成のステッピングモータを組み込んだ駆動装置としての指示装置の動作を以下説明する。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命令信号Ｓ３が出力されると、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する。この拒否信号の入力により第１の励磁回路４ａは、励磁パルスの出力を停止して、励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の制御を停止する。
【００３６】
また、制御回路４ｅは、第２の励磁回路４ｂに励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４を出力させて、第２の励磁回路４ｂによる励磁コイル１ａ１、１ａ２の制御を開始させる。励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４が入力されると、励磁コイル１ａ１、１ａ２は、図２に示す励磁ステップ▲８▼→▲７▼…というように順次励磁され、これに応じて回転子１ｂが９度づつ逆回転する。そして、この回転によって指針２をストッパ５側に移動させる。
【００３７】
このとき、指針２が矢印Ｙ３方向に回転していれば、検出コイル１ｃには、各励磁ステップごとの９度の回転に伴って誘導電圧が生じる。一方、指針２がストッパ５に当接して回転子１ｂの回転が停止すると、検出コイル１ｃには誘導電圧が生じることがない。以上のことに着目し、位置検出回路４ｄは励磁ステップごとに検出コイル１ｃからの両端電圧Ｖ１を取り込み、図示しない比較器によって両端電圧Ｖ１が所定値以下となり、誘導電圧が生じていないと判断できるときは、指針２がストッパ５に当接して所定位置で停止したことを伝える旨の検出信号を制御回路４ｅに対して出力する。
【００３８】
そして、制御回路４ｅは、この検出信号に応じて、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と共に、第２の励磁回路４ｂからの励磁パルスＰ１１〜Ｐ１４の出力を停止させて、第２の励磁回路４ｂによる制御を停止させてリセット動作を停止させる。
【００３９】
上述したように、検出コイル１ｃを励磁コイル１ａ１、１ａ２と別途に設け、各励磁ステップごと、つまり常に検出コイル１ｃに発生する誘導電圧の有無を判断できるようにすれば、常時回転子１ｂが回転しているか、それとも指針２がストッパに当接して回転子１ｂが停止しているか否かを判断できる。このため、確実に指針２がストッパ５に当接したことを検出することができる。
【００４０】
また、図１に示すように、励磁コイル１ａ１、１ａ２は、９０度をなす角で、回転子１ｂの外周面沿いに設けられている。そして、検出コイル１ｃは、励磁コイル１ａ１、１ａ２から互いに１３５度離れた位置に設けられている。すなわち、検出コイル１ｃは、隣接する励磁コイル１ａ１、１ａ２同士の距離が最も離れている励磁コイル間の外周面沿いの中心に設けられている。
【００４１】
このようにすれば、励磁コイル１ａ１、１ａ２から最も離れた位置に検出コイル１ｃを設けることができ、検出コイル１ｃが励磁コイル１ａ１、１ａ２の励磁状態の影響を受けることなく、より一層確実に被駆動部材がストッパ５に当接したことを検出することができる。
【００４４】
【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、検出コイルを励磁コイルと別途に設け、検出コイルに発生する誘導電圧の有無を常に（即ち各励磁ステップ毎に）判断できるようにすれば、回転子が回転しているか、それとも被駆動部材がストッパに当接して回転子が停止しているかを常時判断することができるので、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駆動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のステッピングモータの一実施の形態を示す図である。
【図２】図１に示すステッピングモータを組み込んだ駆動装置としての指示装置を示す図である。
【図３】図２の指示装置を構成する駆動制御装置の詳細を説明するための回路図である。
【図４】図３の第２の励磁回路が出力する励磁パルスのタイムチャートである。
【図５】従来のステッピングモータを組み込んだ駆動装置としての指示装置を示す図である。
【図６】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
１ｃ    検出コイル
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）
４ｄ    位置検出手段（位置検出回路）
４ｅ    制御手段（制御回路）
【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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