JP4209721B2 - Stepping motor driving apparatus and method, and stepping motor apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステッピングモータの駆動装置及び当該方法、並びに、ステッピングモータ装置に係わり、特に、互いに位相が異なる複数の周期的な駆動信号を供給することによって、ステッピングモータに回転トルクを発生させるステッピングモータの駆動装置及び当該方法、並びに、ステッピングモータ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、上述したステッピングモータの駆動装置を用いたものとして、例えば、車両用の指示装置が知られている。この指示装置は、各種センサが計測した計測値を指針によって指示するもので、この指針を駆動するムーブメントとしてステッピングモータが用いられている。
【0003】
このステッピングモータを駆動する駆動装置は、指針の現位置θ′と、目標位置θとの差分である移動量(θ−θ′)に応じて、ステッピングモータを回転させる。これにより、指針が移動量(θ−θ′)分、移動して目標位置θを指示するようになる。上記目標位置θは、各種センサが計測した計測値に基づき算出された角度データθiが入力される毎に、当該角度データθiに更新される。
【0004】
また、駆動装置は、互いに位相が異なる周期的な駆動信号を供給し、周期的にステッピングモータ内部の励磁コイルの励磁状態を変化させることにより、この励磁コイルに囲まれたマグネットロータに回転トルクを発生させて、ステッピングモータを回転させる。
【0005】
ところで、上記指示装置は、車両の振動あるいは雑音が重畳している角度データθiの入力等の原因により、指針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、指針が指示する計測値と、各種センサが計測した計測値との間で誤差が生じ、正確な指示を行うことができなくなってしまう。
【0006】
そこで、このような問題を解決するために、ステッピングモータに、その回転に連動する被駆動部材としての片と、この片との当接により、ステッピングモータの回転を機械的に停止させるストッパとを設ける。このストッパは、片と当接したとき、指針が計測値0を指示するように設ける。
【0007】
そして、駆動装置は、例えば、電源が投入される毎に、片がストッパ側に向かうように、ステッピングモータを回転させて、片を強制的にストッパに当接させ、これにより、指針を強制的に計測値0で停止させる初期化動作を行う。
【0008】
以上の初期化動作を行うことにより、現位置θ′を計測値0であると認識しているとき、指針も実際に計測値0を指示することとなるため、指針が指示する計測値と、各種センサが計測した計測値との間の誤差をリセットすることができた。
【0009】
しかしながら、上述した指示装置は、片を確実にストッパに当接させるため、片を例えば、360°回転させる必要がある。このため、片がストッパに当接して、これ以上ステッピングモータがストッパ方向に回転できない状態で、ステッピングモータ内の励磁コイルの励磁状態が周期的に変化し続けるという状態が発生する。
【0010】
このような状態では、励磁コイルの励磁状態が一周期変化するうちに、ステッピングモータには、ストッパに向かう方向の回転トルクと、ストッパから離れる方向の回転トルクとが交互に発生する。そして、これにより、片がストッパに当接したり、片がストッパ1eから離れる跳ね返しを交互に繰り返し、初期化動作時の見栄えが悪いという問題があった。
【0011】
そこで、このような事態を解決するために、ストッパから離れる方向の回転トルクが発生する位相範囲をとばした駆動信号を供給して、跳ね返りを防止することが特許文献1に記載されている。しかしながら、上述したように位相範囲を極端にとばすと、実際に脱調が生じているとき、励磁コイルの励磁変化に、マグネットロータが追従することができないという問題があり、現実的には使うことが難しい。
【0012】
また、初期化動作により片がストッパに当接しておらず、ステッピングモータが回転できる間は、無励磁状態のコイルに誘導電圧が生じ、一方、片がストッパに当接して、ステッピングモータの回転が停止したときは、コイルに誘導電圧が生じないことに着目し、無励磁状態のコイルに生じる誘導電圧の有無に基づき、片がストッパと当接したことを検出すると、ステッピングモータの回転を停止するものが考えられていた。
【0013】
しかしながら、この場合、誘導電圧を検出するためにコンパレータやA/Dコンバータといった追加部品が必要となり、コスト的に問題がある。また、小型のステッピングモータではマグネットロータも小型なため、計測できる誘導電圧が低く、回転時、当接時の誘導電圧の差が小さく、S/N比が良くないと言う問題もある。
【0014】
【特許文献1】
特開平8−247795号公報
【0015】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記のような問題点に着目し、安価に、確実に、跳ね返りを抑えて見栄え良く初期化動作を行えるステッピングモータの駆動装置及び当該方法、並びに、ステッピングモータ装置を提供することを課題とする。
【0016】
【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、互いに位相が異なる複数の周期的な駆動信号を供給することによって、ステッピングモータに回転トルクを発生させるステッピングモータの駆動装置であって、前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給しているときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給する第1駆動手段と、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させる制御手段と、を備え、前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、前記残りの位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されていることを特徴とするステッピングモータの駆動装置に存する。
【0017】
請求項4記載の発明は、互いに位相が異なる複数の周期的な駆動信号を供給することによって、ステッピングモータに回転トルクを発生させるステッピングモータの駆動方法であって、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給し、前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、前記残りの位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されていることを特徴とするステッピングモータの駆動方法に存する。
【0018】
請求項5記載の発明は、ステッピングモータと、該ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材と、該被駆動部材を機械的に停止させるストッパと、互いに位相が異なる複数の周期的な駆動信号を供給することによって、前記ステッピングモータに回転トルクを発生させる駆動装置と、を備えたステッピングモータ装置であって、前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給しているときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給する第1駆動手段と、前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させる制御手段と、を備え、前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、前記残りの位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されていることを特徴とするステッピングモータの駆動装置に存する。
【0019】
請求項1、4及び5記載の発明によれば、初期化動作時に、駆動信号の所定位相範囲を供給したとき、ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したとき、ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、駆動信号がステッピングモータに供給される。
【0020】
また、所定範囲が、被駆動部材がストッパに当接した状態で逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに正転方向の回転トルクがステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定されているので、正転方向、つまり、被駆動部材をストッパから跳ね返す方向に回転トルクが発生する位相範囲では、小さい回転トルクとなるため、逆転方向から正転方向に反転する速度が遅く目立たなくなり、被駆動部材の跳ね返りを抑えることができる。
【0021】
また、残りの位相範囲が、被駆動部材がストッパに当接した状態で逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき逆転方向の回転トルクがステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されているので、逆転方向、つまり、ストッパに被駆動部材を押しつける方向の回転トルクが発生する位相範囲の全てにおいて大きい回転トルクが発生する為、被駆動部材の跳ね返りをより抑えることができる。
【0025】
請求項2記載の発明は、請求項1に記載のステッピングモータの駆動装置であって、前記ステッピングモータに発生する回転トルクが常に一定となるような前記駆動信号を供給する第2駆動手段をさらに備え、前記制御手段は、前記初期化動作時以外の通常動作時に、前記第2駆動手段に前記駆動信号を供給させることを特徴とするステッピングモータの駆動装置に存する。
【0026】
請求項2記載の発明によれば、第2駆動手段が、ステッピングモータに発生する回転トルクが常時一定となるような、駆動信号を供給する。制御手段が、初期化動作時以外の通常動作時には第2駆動手段に駆動信号の供給を行わせる。
【0027】
従って、通常動作時に第2駆動手段に駆動信号の供給を行わせることにより、通常動作時は一定の回転トルクが発生するため、一周期のうち、ステッピングモータの回転速度が速くなったり遅くなったりすることがない。
【0028】
請求項3記載の発明は、請求項2記載のステッピングモータの駆動装置であって、前記初期化動作は電源投入毎に行われ、前記制御手段は、前記電源投入開始毎に、記憶媒体内に記録されている前記被駆動部材の現位置を読み出し、該読み出した現位置と前記ストッパ位置との差分に応じて、前記第2駆動手段に前記駆動信号を供給させ、その後、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させることを特徴とするステッピングモータの駆動装置に存する。
【0029】
請求項3記載の発明によれば、電源投入開始毎に、記憶媒体内に記録されている被駆動部材の現位置を読み出し、該読み出した現位置とストッパ位置との差分に応じて、第2駆動手段に駆動信号を供給させ、その後、第1駆動手段に駆動信号を供給させる。従って、電源の瞬断時など、被駆動部材の現位置とストッパ位置との差分が大きいとき、その差分だけ、第2駆動手段が供給する駆動信号を用いて迅速にステッピングモータを回転させることができる。
【0030】
【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の駆動方法を実施した駆動装置を組み込んだ指示装置を示す図である。この指示装置(=ステッピングモータ装置)は、ステッピングモータ1と、このステッピングモータ1により駆動される指針2と、ステッピングモータ1の回転を制御する駆動装置3とを備えている。上述したステッピングモータ1は、2つの励磁コイル1a1及び1a2と、NS極が交互に3極づつ着磁され、励磁コイル1a1及び1a2の励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータ1bと、マグネットロータ1bの駆動力を指針2に伝えるギア1cとを備えている。
【0031】
さらに、ステッピングモータ1は、指針2側のギア1cの裏側に設けられ、マグネットロータ1bの回転に連動する被駆動部材としての片1dと、上記励磁コイル1a1及び1a2、マグネットロータ1b、ギア1c及び片1dを収容する図示しない収容ケースに設けられ、片1dとの当接により、マグネットロータ1bの回転を機械的に停止させるストッパ1eとを備えている。このストッパ1eは、片1dと当接したとき、指針2が文字板上の計測値0の目盛上を指示するように設けられている。
【0032】
以下、片1dがストッパ1eに向かうようなステッピングモータ1の回転方向を逆転方向とする。これに対して、片1dがストッパ1eから離れるような、ステッピングモータ1の回転方向を正転方向とする。
【0033】
上述した駆動装置3は、予め定めたプログラムに従って各種の処理や制御などを行う中央処理ユニット(CPU)3a、CPU3aのためのプログラム等を格納した読み出し専用メモリであるROM3b、各種のデータを格納すると共にCPU3aの処理作業に必要なエリアを有する読み出し書き込み自在のメモリであるRAM3c等を内蔵するμCOMから構成されている。
【0034】
上記ステッピングモータ1内の励磁コイル1a1及び1a2は、駆動装置3に接続されている。そして、この駆動装置3から出力される周期的な駆動信号の供給を受けて、各励磁コイル1a1及び1a2の励磁状態が周期的に変化し、マグネットロータ1bに回転トルクが発生する。また、上述した駆動装置3には、例えば、イグニッションスイッチオンのタイミングで、電源投入が開始されるようになっている。
【0035】
初期化動作時において、上記駆動装置3は、ステッピングモータ1を逆回転させて、片1dを強制的にストッパ1eに当接させる。この初期化動作時に駆動装置3が供給する駆動信号Aについて、図2を参照して説明する。同図(a)は、駆動信号Aの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクTとの関係を示すグラフである。
【0036】
同図に示すように、駆動装置3は、駆動信号Aの位相範囲R1(=所定位相範囲)を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTが、位相範囲R2(=残りの位相範囲)を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTの例えば半分になるような、駆動信号Aを供給する。このとき、励磁コイル1a1及び1a2には各々、同図(b)に示すように、位相範囲R1の振幅が、位相範囲R2の振幅の半分となるCOS電流、SIN電流が流れる。
【0037】
ところで、片1dがストッパ1eに当接した状態で、逆転方向の駆動信号Aを供給し続けると、図2(b)に示すように、ステッピングモータ1には、逆転方向の回転トルク(図中逆転トルク)と、正転方向の回転トルク(図中正転トルク)とが交互に発生する。これにより、片1dがストッパ1eに当接したり、片1dがストッパ1eから離れる跳ね返しが交互に繰り返されてしまう。
【0038】
そこで、本発明において、上述した小さい回転トルクが発生する位相範囲R1に、正転トルクが発生する位相範囲を含ませ、大きい回転トルクが発生する位相範囲R2に、逆転トルクが発生する位相範囲を含ませるように、各位相範囲R1、R2を設定する。
【0039】
初期化動作中に上述した逆転方向の駆動信号Aをステッピングモータに供給すれば、正転方向、つまり、片1dをストッパ1eから跳ね返す方向の回転トルクが発生する位相範囲R1では、ステッピングモータ1に発生する回転トルクを小さくすることができるため、逆転方向から正転方向に反転する速度が遅く目立たなり、片1dの跳ね返りを抑えることができる。
【0040】
また、逆転方向、つまり、ストッパ1eに片1dを押しつける方向の回転トルクが発生する位相範囲R2では、大きい回転トルクが発生する為、片1dの跳ね返りをより抑えることができる。従って、誘導電圧の検出を行わなくても、被駆動部材の跳ね返りを抑えることができ、安価に、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行える。
【0041】
さらに、位相範囲R2を供給しているときは、大きな回転トルクが発生するため、脱調が生じているときなどには迅速に片1dをストッパ1eまで向かわせることができる。以上のことから明らかなように、駆動信号Aを供給しているとき、駆動装置3は、第1駆動手段として働く。
【0042】
一方、通常動作時において、上記駆動装置3は、指針2の現位置θ′と、目標位置θとの差分である移動量(θ−θ′)に応じて、ステッピングモータ1を回転させる。これにより、指針2が移動量(θ−θ′)分、移動して目標位置θを指示するようになる。上記目標位置θは、各種センサが計測した計測値に基づき算出された角度データθiが入力される毎に、当該角度データθiに更新される。
【0043】
次に、通常動作時に駆動装置3が供給する駆動信号Bについて、図3を参照して説明する。同図(a)は、駆動信号Bの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクTとの関係を示すグラフである。同図に示すように、駆動装置3は、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTが常に一定となるような、駆動信号Bを供給する。このとき、励磁コイル1a1及び1a2には各々、同図(b)に示す振幅一定のCOS電流、SIN電流が流れる。
【0044】
このように、ストッパ1eでの跳ね返りを考慮する必要のない通常動作時には、回転トルクTが常に一定となる駆動信号を供給することにより、駆動信号の一周期の内、ステッピングモータ1の回転速度が速くなったり遅くなったりすることがないので、迅速、かつ、見栄え良く通常動作を行うことができる。
【0045】
以上概略説明した初期化動作の詳細をCPU3aの処理手順を図4に示すフローチャートを参照にして以下説明する。
CPU3aは、車載バッテリからの電源投入が開始されると、初期化動作を開始し、まず、RAM3c(=記憶媒体)に格納された指針2の現位置θ′を読み出す(ステップS1)。この指針2の現位置θ′は当然片1dの現位置にも相当する。
【0046】
なお、上記RAM3cは、電源遮断時でも内容を保持する不揮発性のものである。このため、上記電源投入開始が、エンジン始動に応じて駆動装置3に対する電源投入が一時遮断された状態から、復帰したことによるものであれば、上記RAM3c内に格納された現位置θ′は、一時遮断される前の指針2の指示位置が格納されている。
【0047】
次に、CPU3aは、読み出した現位置θ′と初期位置0°(=ストッパ位置)との差分(−θ′)に応じた分だけ、逆転方向の駆動信号Bをステッピングモータ1に供給する(ステップS2)。このステップS2の処理により、片1d及び指針2は、−θ′分、回転する。
【0048】
駆動信号Bの出力が終了すると、CPU3aは、逆転方向の駆動信号Aをステッピングモータ1に供給する(ステップS3)。このステップS3の処理により、指針2は、計測値0に向かって、片1dは、ストッパ1eに向かって回転する。次に、CPU3aは、片1dが360°回転するのを待って(ステップS4でY)、駆動信号Aの供給を停止し、処理を終了する。
【0049】
以上のことから明らかなように、CPU3aは、制御手段として働く。また、以上の指示装置によれば、エンジン始動に起因して電源投入が遮断される前の片1dの現位置と、ストッパ1eの位置との差分、片1dを駆動信号Bを用いて高速に回転させている。また、高速の駆動信号Bを用いて、片1dをストッパ1eの位置又はその位置付近に戻した後、駆動信号Bに比べて低速だが跳ね返りを抑制することができる駆動信号Aを用いてステッピングモータ1を回転させることができるため、迅速に初期化動作を行うことができる。
【0050】
なお、上述した実施形態では、駆動信号Aの位相範囲R1を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTが、位相範囲R2を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTに対して一律に半分になるような、駆動信号Aを供給していた。また、位相範囲R1は、正転トルクが発生する位相範囲の全てを含んでいた。
【0051】
しかしながら、例えば、図5に示すような駆動信号Aを出力することも考えられる。つまり、位相範囲R1を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTが、位相範囲R2を供給したとき、ステッピングモータ1に発生する回転トルクTに対してただ低下させればよく一律である必要はない。また、位相範囲R1は、正転トルクが発生する位相範囲の一部を含んでいるだけでもよい。また、図6に示すような駆動信号Aを供給することも考えられる。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1、4及び5記載の発明によれば、正転方向、つまり、被駆動部材をストッパから跳ね返す方向に回転トルクが発生する位相範囲では、小さい回転トルクとなるため、逆転方向から正転方向に反転する速度が遅く目立たなくなり、被駆動部材の跳ね返りを抑えることができる。また、逆転方向、つまり、ストッパに被駆動部材を押しつける方向の回転トルクが発生する位相範囲の全てにおいて大きい回転トルクが発生する為、被駆動部材の跳ね返りをより抑えることができるので、安価に、確実に、かつ、見栄え良く初期化動作を行えるステッピングモータの駆動装置及び当該方法、並びに、ステッピングモータ装置を得ることができる。
【0055】
請求項2記載の発明によれば、通常動作時に第2駆動手段に駆動信号の供給を行わせることにより、通常動作時は一定の回転トルクが発生するため、一周期のうち、ステッピングモータの回転速度が速くなったり遅くなったりすることがないので、迅速、かつ、見栄え良く通常動作を行えるステッピングモータの駆動装置を得ることができる。
【0056】
請求項3記載の発明によれば、電源の瞬断時など、被駆動部材の現位置とストッパ位置との差分が大きいとき、その差分だけ、第2駆動手段が供給する駆動信号を用いて迅速にステッピングモータを回転させることができるので、迅速に初期化動作を行えるステッピングモータの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駆動方法を実施した駆動装置を組み込んだ指示装置を示す図である。
【図2】(a)は駆動信号Aの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクとの関係を示すグラフである。(b)は(a)に示す駆動信号Aをステッピングモータに供給したとき励磁コイル1a1、1a2に流れるコイル電流を示すタイムチャートである。
【図3】(a)は駆動信号Bの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクとの関係を示すグラフである。(b)は(a)に示す駆動信号Bをステッピングモータに供給したとき励磁コイル1a1、1a2に流れるコイル電流を示すタイムチャートである。
【図4】初期化動作におけるCPU3aの処理手順を示すフローチャートである。
【図5】(a)は他の実施形態における駆動信号Aの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクとの関係を示すグラフである。(b)は(a)に示す駆動信号Aをステッピングモータに供給したとき励磁コイル1a1、1a2に流れるコイル電流を示すタイムチャートである。
【図6】他の実施形態における駆動信号Aの位相φとステッピングモータ1に発生する回転トルクとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 ステッピングモータ
1d 片(被駆動部材)
1e ストッパ
3 駆動装置(第1駆動手段、第2駆動手段)
3a CPU(制御手段)
3c RAM(記憶媒体)
R1 位相範囲(所定位相範囲)
R2 位相範囲(残りの位相範囲)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stepping motor drive apparatus and method, and a stepping motor apparatus, and more particularly to a stepping motor that generates a rotational torque by supplying a plurality of periodic drive signals having different phases. The present invention relates to a driving apparatus and method, and a stepping motor apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, a vehicular indicating device is known as a device using the above-described stepping motor driving device. In this pointing device, the measured values measured by various sensors are pointed by a pointer, and a stepping motor is used as a movement for driving the pointer.
[0003]
The driving device for driving the stepping motor rotates the stepping motor in accordance with a movement amount (θ−θ ′) that is a difference between the current position θ ′ of the pointer and the target position θ. As a result, the pointer moves by an amount of movement (θ−θ ′) to indicate the target position θ. The target position θ is updated to the angle data θi every time the angle data θi calculated based on the measurement values measured by various sensors is input.
[0004]
In addition, the drive device supplies periodic drive signals having different phases, and periodically changes the excitation state of the excitation coil inside the stepping motor, whereby rotational torque is applied to the magnet rotor surrounded by the excitation coil. Generate and rotate the stepping motor.
[0005]
By the way, the movement amount (θ−θ ′) to which the pointer should move differs from the actual movement amount due to the input of the angle data θi on which the vibration or noise of the vehicle is superimposed. There was a case where step-out occurred. If this step-out is repeated, an error occurs between the measured value indicated by the pointer and the measured value measured by the various sensors, and it becomes impossible to give an accurate instruction.
[0006]
Therefore, in order to solve such a problem, a stepping motor is provided with a piece as a driven member that is interlocked with the rotation, and a stopper that mechanically stops the rotation of the stepping motor by contacting the piece. Provide. This stopper is provided so that the pointer indicates the measured
[0007]
Then, for example, each time the power is turned on, the drive device rotates the stepping motor so that the piece is directed to the stopper side, and the piece is forcibly brought into contact with the stopper, thereby forcing the pointer. The initialization operation to stop at the measured
[0008]
By performing the above initialization operation, when the current position θ ′ is recognized as the
[0009]
However, the above-described indicating device needs to rotate the piece by, for example, 360 ° in order to reliably bring the piece into contact with the stopper. For this reason, a state occurs in which the excitation state of the excitation coil in the stepping motor continues to change periodically in a state where the piece abuts against the stopper and the stepping motor cannot rotate further in the stopper direction.
[0010]
In such a state, while the excitation state of the excitation coil changes for one cycle, the stepping motor alternately generates rotational torque in the direction toward the stopper and rotational torque in the direction away from the stopper. As a result, there is a problem in that the pieces abut against the stopper, or the pieces are repeatedly rebounded away from the stopper 1e, and the appearance during the initialization operation is poor.
[0011]
In order to solve such a situation,
[0012]
In addition, while the piece is not in contact with the stopper by the initialization operation and the stepping motor can rotate, an induced voltage is generated in the non-excited coil, while the piece comes into contact with the stopper and the stepping motor rotates. When stopping, pay attention to the fact that no induced voltage is generated in the coil. Based on the presence or absence of the induced voltage generated in the non-excited coil, the rotation of the stepping motor is stopped when it is detected that the piece is in contact with the stopper. Things were considered.
[0013]
However, in this case, additional components such as a comparator and an A / D converter are required to detect the induced voltage, which is problematic in terms of cost. In addition, since the magnet rotor is small in a small stepping motor, there is a problem that the measurable induced voltage is low, the difference in induced voltage during rotation and contact is small, and the S / N ratio is not good.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-8-247795
[Problems to be solved by the invention]
Accordingly, the present invention provides a stepping motor driving apparatus and method, and a stepping motor apparatus that can perform initialization operation in a low-cost, surely, and suppressably rebounding , paying attention to the above-described problems. This is the issue.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0017]
A fourth aspect of the present invention is a stepping motor driving method for generating a rotational torque in a stepping motor by supplying a plurality of periodic driving signals having different phases, and interlocks with the rotation of the stepping motor. the stepping when the rotation torque generated at the stepping motor when supplying a predetermined phase range of one period of the drive signal during the initialization operation is brought into contact with the driven member on the stopper has, that supplied the remaining phase range The driving signal is supplied such that the driving torque is smaller than the rotational torque generated in the motor, and the predetermined phase range is set in a reverse direction in which the driven member faces the stopper while the driven member is in contact with the stopper. When the drive signal continues to be supplied, the rotational torque in the forward direction in which the driven member moves away from the stopper is The phase range is set to include a phase range that occurs in a stepping motor, and the remaining phase range is the reverse rotation when the driven member continues to supply the drive signal in the reverse direction with the stopper being in contact with the stopper. The stepping motor driving method is characterized in that the rotational torque in the direction is set so as to include the entire phase range that occurs in the stepping motor.
[0018]
According to a fifth aspect of the present invention, a stepping motor, a driven member that interlocks with the rotation of the stepping motor, a stopper that mechanically stops the driven member, and a plurality of periodic drive signals having different phases are provided. by supplying the a stepping motor apparatus and a driving device for generating rotational torque to the stepping motor, the stepping motor when it is supplying a predetermined phase range of one period of the drive signal rotational torque to be generated, the remaining such that less than the rotational torque which the generated stepper motor when supplying phase range, a first driving means for supplying the driving signal, in conjunction with the rotation of the stepping motor to be During the initialization operation in which the drive member is brought into contact with the stopper, the first drive means is supplied with the drive signal. And means, wherein the predetermined phase range, said driven member when the driven member is continued to supply a drive signal in the reverse direction toward the stopper in a state in which the driven member is in contact with the stopper Is set to include a phase range in which the rotational torque in the forward rotation direction away from the stopper is generated in the stepping motor, and the remaining phase range is set in a state where the driven member is in contact with the stopper. A stepping motor drive apparatus characterized by being set so as to include the entire phase range in which the rotational torque in the reverse rotation direction is generated in the stepping motor when the drive signal in the reverse rotation direction is continuously supplied. .
[0019]
According to the first, fourth, and fifth aspects of the present invention, when the predetermined phase range of the drive signal is supplied during the initialization operation, the rotational torque generated in the stepping motor supplies the remaining phase range. A drive signal is supplied to the stepping motor so as to be smaller than the rotational torque generated in the step.
[0020]
In addition, the predetermined range is set to include a phase range in which the rotation torque in the forward direction is generated in the stepping motor when the drive member in the reverse direction is continuously supplied with the driven member in contact with the stopper. Therefore, in the normal rotation direction, that is, in the phase range where the rotational torque is generated in the direction in which the driven member bounces off from the stopper, the rotational torque is small, so the speed of reversing from the reverse direction to the normal direction is slow and unnoticeable. The rebound of the driven member can be suppressed.
[0021]
Further, the remaining phase range includes the entire phase range in which the rotational torque in the reverse direction is generated in the stepping motor when the drive signal in the reverse direction is continuously supplied with the driven member in contact with the stopper. Therefore, since a large rotational torque is generated in all the phase ranges in which the rotational torque is generated in the reverse rotation direction, that is, the direction in which the driven member is pressed against the stopper, the rebound of the driven member can be further suppressed. .
[0025]
According to a second aspect of the invention, a driving apparatus for stepping motor according to
[0026]
According to the second aspect of the invention, the second driving means, such as rotating torque generated at the stepping motor becomes constant at all times, and supplies a drive signal. The control means causes the second drive means to supply a drive signal during a normal operation other than the initialization operation.
[0027]
Accordingly, by causing the second drive means to supply a drive signal during normal operation, a constant rotational torque is generated during normal operation. Therefore, the rotation speed of the stepping motor increases or decreases during one cycle. There is nothing to do.
[0028]
According to a third aspect of the invention, a driving apparatus for a stepping motor according to
[0029]
According to the third aspect of the present invention, the current position of the driven member recorded in the storage medium is read every time the power is turned on, and the second position is determined according to the difference between the read current position and the stopper position. The drive signal is supplied to the drive means, and then the drive signal is supplied to the first drive means. Therefore, when the difference between the current position of the driven member and the stopper position is large, such as when the power supply is momentarily interrupted, the stepping motor can be quickly rotated by using the drive signal supplied by the second driving means by the difference. it can.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an indicating device incorporating a driving device that implements the stepping motor driving method of the present invention. The instruction device (= stepping motor device) includes a stepping
[0031]
Further, the stepping
[0032]
Hereinafter, the rotation direction of the stepping
[0033]
The
[0034]
Excitation coils 1 a 1 and 1 a 2 in the stepping
[0035]
During the initialization operation, the driving
[0036]
As shown in the figure, when the
[0037]
By the way, if the drive signal A in the reverse rotation direction is continuously supplied with the piece 1d in contact with the stopper 1e, as shown in FIG. 2B, the rotation torque in the reverse rotation direction (in the drawing) Reverse rotation torque) and rotational torque in the forward direction (forward rotation torque in the figure) are alternately generated. Thereby, the piece 1d comes into contact with the stopper 1e, or the rebounding of the piece 1d away from the stopper 1e is repeated alternately.
[0038]
Therefore, in the present invention, the phase range R 1 in which the small rotational torque is generated includes the phase range in which the forward rotation torque is generated, and the phase in which the reverse rotation torque is generated in the phase range R 2 in which the large rotational torque is generated. Each phase range R 1 and R 2 is set so as to include the range.
[0039]
If the drive signal A in the reverse direction is supplied to the stepping motor during the initialization operation, the stepping
[0040]
Further, in the reverse rotation direction, that is, in the phase range R 2 in which the rotational torque in the direction in which the piece 1d is pressed against the stopper 1e is generated, a large rotational torque is generated, so that the bounce of the piece 1d can be further suppressed. Therefore, even if the induced voltage is not detected, the rebound of the driven member can be suppressed, and the initialization operation can be performed reliably, inexpensively, and with good appearance.
[0041]
Furthermore, since a large rotational torque is generated when the phase range R 2 is being supplied, the piece 1d can be quickly directed to the stopper 1e when a step-out occurs. As is clear from the above, when the drive signal A is supplied, the
[0042]
On the other hand, during normal operation, the driving
[0043]
Next, the drive signal B supplied by the
[0044]
In this way, during the normal operation where it is not necessary to consider the bounce at the stopper 1e, the rotation speed of the stepping
[0045]
The details of the initialization operation outlined above will be described below with reference to the flowchart shown in FIG.
The CPU 3a starts an initialization operation when power-on from the in-vehicle battery is started, and first reads the current position θ ′ of the
[0046]
The RAM 3c is non-volatile that retains its contents even when the power is shut off. For this reason, if the power-on start is due to a return from a state in which power-on to the
[0047]
Next, the CPU 3a supplies the drive signal B in the reverse direction to the stepping
[0048]
When the output of the drive signal B is completed, the CPU 3a supplies the drive signal A in the reverse direction to the stepping motor 1 (step S3). By the processing in step S3, the
[0049]
As is clear from the above, the CPU 3a functions as a control means. Further, according to the above instruction device, the difference between the current position of the piece 1d and the position of the stopper 1e before the power-on is cut off due to the engine start, and the piece 1d using the drive signal B at high speed. It is rotating. Further, after returning the piece 1d to the position of the stopper 1e or near the position using the high-speed drive signal B, the stepping motor uses the drive signal A that is slower than the drive signal B but can suppress the rebound. Since 1 can be rotated, the initialization operation can be performed quickly.
[0050]
In the embodiment described above, the rotational torque T generated in the stepping
[0051]
However, for example, it is conceivable to output a drive signal A as shown in FIG. That is, the rotational torque T generated in the stepping
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the first, fourth, and fifth aspects of the invention , the rotational torque is small in the normal rotation direction, that is, in the phase range in which the rotational torque is generated in the direction in which the driven member bounces off the stopper. The speed of reversing from the reverse rotation direction to the normal rotation direction becomes slow and unnoticeable, and the rebound of the driven member can be suppressed. In addition, since a large rotational torque is generated in the entire reverse phase direction, that is, in the phase range in which the rotational torque in the direction of pressing the driven member against the stopper is generated, the rebound of the driven member can be further suppressed . It is possible to obtain a stepping motor driving apparatus and method, and a stepping motor apparatus that can perform an initialization operation surely and with good appearance.
[0055]
According to the second aspect of the present invention, since a constant rotational torque is generated during the normal operation by causing the second drive means to supply the drive signal during the normal operation, the rotation of the stepping motor during one cycle. Since the speed does not increase or decrease, it is possible to obtain a stepping motor drive device that can perform normal operation quickly and with good appearance.
[0056]
According to the third aspect of the present invention, when the difference between the current position of the driven member and the stopper position is large, such as when the power supply is momentarily interrupted, the difference is quickly made using the drive signal supplied by the second driving means. In addition, since the stepping motor can be rotated, a stepping motor drive device that can perform the initialization operation quickly can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an indicating device incorporating a driving device that implements the stepping motor driving method of the present invention.
2A is a graph showing the relationship between the phase φ of the drive signal A and the rotational torque generated in the stepping
3A is a graph showing the relationship between the phase φ of the drive signal B and the rotational torque generated in the stepping
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of the CPU 3a in the initialization operation.
FIG. 5A is a graph showing the relationship between the phase φ of the drive signal A and the rotational torque generated in the stepping
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the phase φ of the drive signal A and the rotational torque generated in the stepping
[Explanation of symbols]
1 Stepping motor 1d piece (driven member)
3a CPU (control means)
3c RAM (storage medium)
R 1 phase range (predetermined phase range)
R 2 phase range (remaining phase range)
Claims (5)
前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給しているときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給する第1駆動手段と、
前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させる制御手段と、を備え、
前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、
前記残りの位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されている
ことを特徴とするステッピングモータの駆動装置。A stepping motor drive device that generates a rotational torque in a stepping motor by supplying a plurality of periodic drive signals having different phases from each other,
Rotating torque generated at the stepping motor when it is supplying a predetermined phase range of one period of the drive signal, such as smaller than the rotational torque which the generated stepper motor when supplied the remaining phase range First driving means for supplying the driving signal;
Control means for supplying the drive signal to the first drive means during an initialization operation in which a driven member interlocked with the rotation of the stepping motor is brought into contact with a stopper;
The predetermined phase range is such that the driven member is separated from the stopper when the driven member continues to supply a drive signal in the reverse direction toward the stopper in a state where the driven member is in contact with the stopper. The rotational torque in the rolling direction is set to include a phase range that is generated in the stepping motor,
The remaining phase range is a phase range in which the rotational torque in the reverse direction is generated in the stepping motor when the drive member in the reverse direction is continuously supplied with the driven member in contact with the stopper. A stepping motor drive device characterized by being set to include all of them .
前記ステッピングモータに発生する回転トルクが常に一定となるような前記駆動信号を供給する第2駆動手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記初期化動作時以外の通常動作時に、前記第2駆動手段に前記駆動信号を供給させる
ことを特徴とするステッピングモータの駆動装置。The stepping motor drive device according to claim 1 ,
Further comprising a second driving hands stage for supplying the driving signals such as rotational torque is always constant generated in the stepping motor,
The stepping motor drive device, wherein the control means causes the second drive means to supply the drive signal during a normal operation other than the initialization operation.
前記初期化動作は電源投入毎に行われ、
前記制御手段は、前記電源投入開始毎に、記憶媒体内に記録されている前記被駆動部材の現位置を読み出し、該読み出した現位置と前記ストッパ位置との差分に応じて、前記第2駆動手段に前記駆動信号を供給させ、その後、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させる
ことを特徴とするステッピングモータの駆動装置。A stepping motor drive device according to claim 2 ,
The initialization operation is performed every time the power is turned on,
The control means reads the current position of the driven member recorded in a storage medium every time the power is turned on, and performs the second driving according to the difference between the read current position and the stopper position. A driving device for a stepping motor, wherein the driving signal is supplied to a first driving means, and then the driving signal is supplied to the first driving means.
前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給し、
前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、
前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されている
ことを特徴とするステッピングモータの駆動方法。A stepping motor drive method for generating rotational torque in a stepping motor by supplying a plurality of periodic drive signals having different phases from each other,
Rotating torque generated at the stepping motor when supplying a predetermined phase range of one period of the drive signal to the driven member interlocked with the rotation of the stepping motor at the time of initialization operation to abut against the stopper, the remaining phase range smaller than the rotational torque generated at the stepping motor when supplied, supplying the drive signal,
The predetermined phase range is such that the driven member is separated from the stopper when the driven member continues to supply a drive signal in the reverse direction toward the stopper in a state where the driven member is in contact with the stopper. The rotational torque in the rolling direction is set to include a phase range that is generated in the stepping motor,
It is set to include the entire phase range in which the rotational torque in the reverse direction is generated in the stepping motor when the driven member continues to supply the reverse direction drive signal in contact with the stopper. the driving method of the stepping motor, characterized by that.
前記駆動信号の一周期のうち所定位相範囲を供給しているときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクが、残りの位相範囲を供給したときに前記ステッピングモータに発生する回転トルクより小さくなるような、前記駆動信号を供給する第1駆動手段と、
前記ステッピングモータの回転に連動する被駆動部材をストッパに当接させる初期化動作時に、前記第1駆動手段に前記駆動信号を供給させる制御手段と、を備え、
前記所定位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記被駆動部材が前記ストッパに向かう逆転方向の駆動信号を供給し続けたときに前記被駆動部材が前記ストッパから離れる正転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲を含むように設定され、
前記残りの位相範囲が、前記被駆動部材が前記ストッパに当接した状態で前記逆転方向の駆動信号を供給し続けたとき前記逆転方向の回転トルクが前記ステッピングモータに発生するような位相範囲の全てを含むように設定されている
ことを特徴とするステッピングモータの駆動装置。A stepping motor, a driven member that interlocks with the rotation of the stepping motor, a stopper that mechanically stops the driven member, and a plurality of periodic drive signals having different phases, thereby supplying the stepping motor a driving device for generating rotational torque, a stepping motor device provided with a by a,
Rotating torque generated at the stepping motor when it is supplying a predetermined phase range of one period of the drive signal, such as smaller than the rotational torque which the generated stepper motor when supplied the remaining phase range First driving means for supplying the driving signal;
Control means for supplying the drive signal to the first drive means during an initialization operation in which a driven member interlocked with the rotation of the stepping motor is brought into contact with a stopper;
The predetermined phase range is such that the driven member is separated from the stopper when the driven member continues to supply a drive signal in the reverse direction toward the stopper in a state where the driven member is in contact with the stopper. It is set so as to include a phase range in which the rotational torque in the rolling direction is generated in the stepping motor,
The remaining phase range is a phase range in which the rotational torque in the reverse direction is generated in the stepping motor when the drive member in the reverse direction is continuously supplied with the driven member in contact with the stopper. A stepping motor drive device characterized by being set to include all of them .
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