JP2002005698A - 車両用指示計器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステップモータを指針の駆動源として用いる
車両用指示計器において、指針に指示動作させるための
交流信号をステップモータに入力しているときに当該交
流信号がステップモータの界磁巻線に大きな磁束密度の
変化を生じさせる現象を利用して、帰零用の余分な電圧
に依存することなく、指針の帰零位置への到達を精度よ
く確保する。 【解決手段】 両切り替えスイッチ７０、８０がステッ
プモータＭの界磁巻線３４ａを駆動回路６０ａの余弦波
状駆動電圧から遮断することにより界磁巻線３４ａに生
ずる誘導電圧が、ステップモータＭのマグネットロータ
３０ｂに作用する磁束密度の大きな変化率に対応すると
き、指針が帰零位置にて目盛り盤のストッパに係合した
と判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はステップモータを指
針の駆動源として採用してなる車両用指示計器に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の車両用指示計器では、目
盛り盤からその指針の帰零位置にてストッパを突出させ
て、指針がステップモータにより駆動されて帰零位置に
戻ったときこの指針をストッパと係合させるようにした
ものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記指示計
器では、ステップモータに、例えば、入力に応じた余弦
波状駆動電圧を印加することで、指針を回動することに
より指示を行うようになっている。

【０００４】しかし、指針をその帰零位置に戻すにあた
っては、ステップモータに帰零用電圧を強制的に印加す
るようにしている。このため、上記指示計器では、指針
に通常の指示動作をさせるための余弦波状駆動電圧の他
に、別途、指針をその帰零位置に強制的に戻すための帰
零用電圧が必要となるという不具合がある。

【０００５】これに対し、本発明者らは、ステップモー
タに印加される余弦波状駆動電圧でもって当該ステップ
モータの界磁巻線に発生する余弦波状磁界に基づき、ス
テップモータのマグネットロータの外周面にて生ずる磁
束密度の変化について検討してみた。

【０００６】界磁巻線の余弦波状磁界に基づき生ずるマ
グネットロータの外周面上の磁束の密度は、上記余弦波
状磁界に同期して余弦波状に変化するが、当該磁束密度
の変化率は、磁束密度のピーク時には余弦波状駆動電圧
のピーク時の値の変化が小さいため最小となり、磁束密
度の零時には余弦波状駆動電圧の零レベルを通る変化の
ため、最大となる。

【０００７】このような磁束密度の変化現象は、指針の
通常の指示動作中において生ずるのであるが、指針がそ
の帰零位置にてストッパと係合したときには、指針の停
止と同時にマグネットロータも停止するから、磁束密度
の変化はなくなる。

【０００８】以上のことから、指針の通常の指示動作中
において、指針がストッパとは係合しないときには、磁
束密度の変化率は、交互に最小及び最大となる現象を繰
り返すが、指針がその帰零位置にてストッパと係合した
ときには、磁束密度の変化率は零となることが分かる。

【０００９】従って、ステップモータに印加される余弦
波状駆動電圧を利用して、余弦波状駆動電圧が零レベル
を通るときの磁束密度の変化率の変化状態を知れば、指
針が帰零位置にてストッパと係合したか否かが精度よく
分かる。

【００１０】そこで、本発明は、以上のようなことに着
目して、ステップモータを指針の駆動源として用いる車
両用指示計器において、指針に指示動作させるための交
流信号をステップモータに入力しているときに当該交流
信号がステップモータの界磁巻線に大きな磁束密度の変
化を生じさせる現象を利用して、帰零用の余分な電圧に
依存することなく、指針の帰零位置への到達を精度よく
確保することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題の解決にあた
り、請求項１に記載の発明に係る車両用指示計器では、
アナログ値を下限値から上限値にかけて円弧状に表示し
てなるアナログ値表示部（１１）と、このアナログ値表
示部の下限値に対応する位置にて設けたストッパ（１
３）とを有する目盛り盤（１０ａ）と、この目盛り盤の
面に沿い回動するように支持されて下限値を特定する帰
零位置にてストッパに係合する指針（２０）と、交流信
号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線（３４ａ、
３４ｂ）を備えたステータ（３０ａ）と、このステータ
内で同軸的に回転可能に支持されて交流磁束に応じて回
転するマグネットロータ（３０ｂ）とを備え、マグネッ
トロータの回転に伴い指針を回動するステップモータ
（Ｍ）と、界磁巻線に交流信号を入力する入力手段（６
０ａ、６０ｂ、１１０、１２１）とを備える。

【００１２】当該車両用指示計器において、入力手段か
ら界磁巻線への交流信号の入力を許容し、交流信号が零
レベルを経るときに界磁巻線を交流信号から遮断してこ
の遮断時に生ずる界磁巻線の誘起電圧に基づき指針のス
トッパとの係合に伴うマグネットロータの停止か否かを
判定する判定手段（７０、８０、１２２、１２３、１３
０）とを備えることを特徴とする。

【００１３】このように、指針に指示動作させるための
交流信号をステップモータに入力しているときに当該交
流信号がステップモータの界磁巻線に大きな磁束密度の
変化を生じさせる現象を利用するので、指針の帰零位置
への到達、即ち、指針のストッパとの係合を精度よく確
保できる。

【００１４】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づき説明する。図１は、本発明に係る乗用車用指示
計器の一実施形態を示しており、この指示計器は、車速
計として、当該乗用車の車室内に設けたインストルメン
トパネルに配設されている。

【００１６】この指示計器は、図１及び図２にて示すご
とく、計器板１０を備えている。この計器板１０は、図
１にて示すごとく、目盛り盤１０ａを備えており、この
目盛り盤１０ａには、車速を下限値（車速零ｋｍ／ｈ）
から上限値（車速１８０ｋｍ／ｈ）にかけて円弧状に表
示する車速表示部１１が形成されている。

【００１７】また、指示計器は、指針２０、回動内機３
０及び配線板４０を備えている。指針２０は、その回動
基部２１にて、後述する指針軸３１の先端部に支持され
て目盛り盤１０ａの表面に沿い回動するようになってい
る。この指針２０は、目盛り盤１０ａの円弧状車速表示
部１１の全範囲に亘り回動するようになっており、当該
指針２０は、その帰零位置にて、目盛り盤１０ａに設け
たストッパ１３に係合するようになっている。ストッパ
１３は、図１にて図示位置（上記帰零位置に対応する）
にて、目盛り盤１０ａにその表面側へ向け突出されてい
る。

【００１８】回動内機３０は、目盛り盤１０ａに対応す
る位置にて、計器板１０の裏面側に設けた配線板４０に
その裏面側から組み付けられている。回動内機３０は、
指針軸３１と、内機本体３２とを備えている。内機本体
３２は、２相式ステップモータＭ（図３及び図４参照）
及び減速歯車列（図示しない）を内蔵してなるもので、
この内機本体３２は、ステップモータＭの回転に伴う上
記減速歯車列の減速回転により、この減速歯車列の出力
段歯車と同軸的に支持した指針軸３１を回動する。な
お、指針軸３１は、配線板４０及び目盛り盤１０ａの貫
通穴部１２を通り回動可能に延出ている。

【００１９】ステップモータＭは、図３にて示すごと
く、ステータ３０ａと、マグネットロータ３０ｂとを備
えている。ステータ３０ａは、ヨーク３３と、両界磁巻
線３４ａ、３４ｂとを備えている。ヨーク３３は、ポー
ル状の両磁極３３ａ、３３ｂを備えており、磁極３３ａ
には界磁巻線３４ａが巻装され、磁極３３ｂには界磁巻
線３４ｂが巻装されている。

【００２０】また、マグネットロータ３０ｂは、ヨーク
３３内にてこのヨーク３３と同軸的にかつ回転可能に支
持されており、このマグネットロータ３０ｂの外周面に
はその周方向に沿い、Ｎ極とＳ極とが交互に複数着磁し
て形成されている。なお、マグネットロータ３０ｂは、
その回転に伴い、その外周面にて、そのＮ極及びＳ極又
は一方でもって、ヨーク３３の各磁極３３ａ、３３ｂの
先端面に狭隙を介して対向するようになっている。

【００２１】このように構成したステップモータＭにお
いて、互いに位相を異にする各余弦波状駆動電圧（後述
する）が対応の各界磁巻線３４ａ、３４ｂに印加される
と、これら各界磁巻線３４ａ、３４ｂに流れる電流によ
り生ずる余弦波状磁束が互いに位相を異（例えば、９０
度）にして発生し、ヨーク３３及びマグネットロータ３
０ｂの磁極を通り流れる。これにより、マグネットロー
タ３０ｂが回転する。

【００２２】次に、ステップモータＭのための電気回路
構成について図４を参照して説明する。マイクロコンピ
ュータ５０は、図５にて示すフローチャートに従いコン
ピュータプログラムを実行し、この実行中において、車
速センサＳの検出出力に応じて、両駆動回路６０ａ、６
０ｂを介しステップモータＭを駆動する処理を行う。な
お、マイクロコンピュータ５０は、イグニッションスイ
ッチＩＧを介し、バッテリＢａから給電されて作動す
る。また、上記コンピュータプログラムはマイクロコン
ピュータ５０のＲＯＭに予め記憶されている。

【００２３】車速センサＳは、当該乗用車の車速を検出
する。各駆動回路６０ａ、６０ｂは、マイクロコンピュ
ータ５０による制御のもと、ステップモータＭの各界磁
巻線３４ａ、３４ｂに互いに位相を異にする各余弦波状
駆動電圧を印加する。なお、本実施形態では、界磁巻線
３４ａをＡ相界磁巻線といい、界磁巻線３４ｂをＢ相界
磁巻線という。これに伴い、界磁巻線３４ａへの駆動電
圧をＡ相駆動電圧といい、界磁巻線３４ｂへの駆動電圧
をＢ相駆動電圧という。

【００２４】ここで、駆動回路６０ａから界磁巻線３４
ａへの駆動電圧の印加は両切り替えスイッチ７０、８０
を介して行われる。両切り替えスイッチ７０、８０は、
それぞれ、マイクロコンピュータ５０により共に切り替
え制御されるアナログスイッチからなるもので、切り替
えスイッチ７０は、駆動回路６０ａの一側出力端子６１
に接続した固定接点７１と、開放状態に維持される固定
接点７２と、界磁巻線３４ａの一側端子に接続した切り
替え接点７３とを備えている。また、切り替えスイッチ
８０は、駆動回路６０ａの他側出力端子６２に接続した
固定接点８１と、マイクロコンピュータ５０の入力ポー
ト５１に接続した固定接点８２と、界磁巻線３４ａの他
側端子に接続した切り替え接点８３とを備えている。

【００２５】これにより、これら両切り替えスイッチ７
０、８０においては、切り替え接点７３が固定接点７１
へ投入（以下、第１投入状態という）されるとともに切
り替え接点８３が固定接点８１に投入（以下、第１投入
状態という）されているとき、駆動回路６０ａはその出
力電圧を界磁巻線３４ａに印加する。また、切り替え接
点７３が固定接点７２へ切り替え投入（以下、第２投入
状態という）されるとともに切り替え接点８３が固定接
点８２に切り替え投入（以下、第２投入状態という）さ
れると、界磁巻線３４ａは、駆動回路６０ａの出力電圧
から遮断されるとともに、このときの界磁巻線３４ａの
端子電圧が、切り替えスイッチ８０の切り替え接点８３
及び固定接点８２を通してマイクロコンピュータ５０の
入力ポート５１に入力される。

【００２６】このように構成した本実施形態において、
当該乗用車がイグニッションスイッチＩＧのオンのもと
走行状態におかれるものとする。そして、マイクロコン
ピュータ５０がイグニッションスイッチＩＧのオンによ
りバッテリＢａから給電されて作動すると、当該マイク
ロコンピュータ５０は、図５のフローチャートに従いコ
ンピュータプログラムの実行を開始する。

【００２７】これに伴い、ステップ１００において、両
切り替えスイッチ７０、８０を共に第１投入状態に切り
替える処理がなされる。これにより、両切り替えスイッ
チ７０、８０がマイクロコンピュータ５０により第１投
入状態に共に切り替えられて駆動回路６０ａを界磁巻線
３４ａに接続する。

【００２８】ついで、ステップ１１０において、Ａ相及
びＢ相の各余弦波状駆動電圧の各駆動回路６０ａ、６０
ｂへの出力処理がなされる。これに伴い、駆動回路６０
ａは、マイクロコンピュータ５０からのＡ相駆動電圧を
両切り替えスイッチ７０、８０を介し界磁巻線３４ａに
印加するとともに、駆動回路６０ｂは、マイクロコンピ
ュータ５０からのＢ相駆動電圧を界磁巻線３４ｂに印加
する。

【００２９】このため、界磁巻線３４ａにはＡ相駆動電
圧に基づく電流が流れて余弦波状磁束が発生し、また、
界磁巻線３４ｂにはＢ相駆動電圧に基づく電流が流れて
余弦波状磁束が発生する。これら両磁束は、その位相の
変化に応じて、互いに異なるレベルにて変化しつつマグ
ネットロータ３０ｂを通る。よって、マグネットロータ
３０ｂが回転する。従って、回動内機３０は、マグネッ
トロータ３０ｂの回転に伴い指針軸３１を介し指針２０
を回動する。なお、指針２０の回動角とＡ相及びＢ相の
各駆動電圧の位相との関係は、互いに一義的に定められ
ている。

【００３０】このような状態において、ステップ１２０
にてＡ相駆動電圧が零レベルか否かが判定される。Ａ相
駆動電圧が零レベルでなければ、ステップ１２０におけ
る判定がＮＯとなり、ステップ１２１において、ステッ
プ１１０での両駆動電圧の出力処理が継続処理される。
このため、両駆動回路６０ａ、６０ｂは、マイクロコン
ピュータ５０からのＡ相及びＢ相の両駆動電圧に基づき
その位相差に応じてステップモータＭを回転させる。従
って、指針２０の回動が継続される。

【００３１】一方、上記ステップ１２０における判定が
ＹＥＳとなるときには、Ａ相駆動電圧が零レベルにある
ことから、ステップ１２２において、両切り替えスイッ
チ７０、８０が第２投入状態に切り替え処理される。こ
のため、両切り替えスイッチ７０、８０はマイクロコン
ピュータ５０により第２投入状態に切り替えられる。

【００３２】これにより、界磁巻線３４ａは、その一側
端子にて、切り替え接点７３の固定接点７２への投入に
より、開放状態におかれ、その他側端子にて、切り替え
接点８３の固定接点８２への投入により、マイクロコン
ピュータ５０の入力ポート５１に接続される。また、両
切り替えスイッチ７０、８０の第２投入状態への切り替
え時に、界磁巻線３４ａにおいてマグネットロータ３０
ｂの回転に応じて生ずる誘導電圧が入力ポート５１を介
しステップ１２３にてマイクロコンピュータ５０に入力
される。

【００３３】これに伴い、ステップ１３０において、ス
テップ１２３での誘導電圧が閾値電圧以下か否かにつき
判定される。本実施形態では、当該閾値電圧は、ほぼ零
電圧に設定されている。

【００３４】ここで、ステップ１２０における判定基準
として、Ａ相駆動電圧が零レベルであることを採用し、
かつ、ステップ１３０における閾値電圧をほぼ零電圧と
した理由について説明する。

【００３５】Ａ相駆動電圧のレベルは当該Ａ相駆動電圧
の位相の変化に伴い余弦波状に変化する。当該Ａ相駆動
電圧のレベルは、４分の１周期に対応する位相で零とな
り、その位相の前後では正から負に変化する。従って、
この変化に起因するＡ相駆動電圧に対応する磁束密度も
同様に変化するから、当該磁束密度の変化率は大きい
（図６にてマグネットロータ３０ｂの回転角９０度の位
置参照）。よって、この大きな変化率の磁束密度に起因
して界磁巻線３４ａに誘導される電圧（誘導電圧）は大
きく変化する（図７参照）。

【００３６】一方、Ａ相駆動電圧のレベルは、そのピー
ク時に対応する位相（マグネットロータ３０ｂの回転角
１８０度の位置参照）の前後では極値にほぼ維持され
る。従って、このときのＡ相駆動電圧に対応する磁束密
度は殆ど変化しないから、当該磁束密度の変化率は非常
に小さい（図６参照）。よって、この小さな変化率の磁
束密度に起因して界磁巻線３４ａに誘導される電圧（誘
導電圧）も非常に小さい。

【００３７】また、指針２０が帰零位置にてストッパ１
３に係合したときにはマグネットロータ３０ｂの回転は
停止する。従って、このマグネットロータ３０ｂがＡ相
駆動電圧に対応する磁束を切ることがないから、このと
きの界磁巻線３４ａの誘導電圧は零である。

【００３８】以上より、指針２０がストッパ１３に係合
したことを判定するには、上記磁束密度の変化率が大き
いときを利用すれば、精度よくかつタイミングよく判定
できる。そこで、本実施形態では、ステップ１２０にお
ける判定基準として、大きな変化率の磁束密度を生ずる
Ａ相駆動電圧の零レベルを採用し、上記閾値電圧をほぼ
零電圧に設定した。

【００３９】界磁巻線３４ａの誘導電圧が上記閾値電圧
よりも高ければ、指針２０はストッパ１３に係合してお
らず、ステップモータＭは回転していることから、上記
誘導電圧は磁束密度の変化率の大きい状態での電圧に相
当する。従って、ステップ１３０における判定はＮＯと
なる。

【００４０】一方、界磁巻線３４ａの誘導電圧が上記閾
値電圧以下になれば、当該誘導電圧は、本来、大きな変
化率の磁束密度を発生すべき電圧であるのに上記閾値電
圧以下となることから、指針２０のストッパ１３との係
合によりマグネットロータ３０ｂが停止している。よっ
て、ステップ１３１において、指針２０のストッパ１３
との係合と判定される。

【００４１】この場合、上述のように、ステップ１２０
においてＡ相駆動電圧が零レベルと判定した直後に、ス
テップ１３０において界磁巻線３４ａの誘導電圧が閾値
電圧以下か否かを判定するので、ステップ１３０におけ
るＮＯ或いはＹＥＳとの判定が精度よくかつタイミング
よくなされ得る。従って、指針２０の帰零位置への到
達、換言すれば指針２０のストッパ１３との係合の有無
を精度よく判定できる。その結果、指針２０のストッパ
１３との係合を精度よく確保し得る。

【００４２】上述のようにステップ１３０における判定
がＮＯとなるときには、ステップ１４０において、両切
り替えスイッチ７０、８０の第１投入状態への切り替え
処理がなされる。これに伴い、駆動回路６０ａから界磁
巻線３４ａへのＡ相駆動電圧の印加が、ステップ１２２
での両切り替えスイッチ７０、８０の第２投入状態への
切り替え時の位相とほぼ同位相にて、行われる。このた
め、ステップモータＭは、脱調することなく、正常に回
転する。

【００４３】また、ステップ１３１での処理後、ステッ
プ１５０においてイグニッションスイッチＩＧのオフか
否かが判定される。ここで、イグニッションスイッチＩ
Ｇがオンであれば、ステップ１５０での判定がＮＯとな
り、上述と同様のステップ１４０での処理がなされる。
この場合も、駆動回路６０ａから界磁巻線３４ａへのＡ
相駆動電圧の印加が、ステップ１２２での両切り替えス
イッチ７０、８０の第２投入状態への切り替え時の位相
とほぼ同位相にて、行われる。このため、ステップモー
タＭは、脱調することなく、正常に回転する。なお、ス
テップ１５０における判定がＹＥＳとなれば、マイクロ
コンピュータ５０の処理が終了する。このとき、両駆動
電圧６０ａ、６０ｂはその出力を終了する。

【００４４】なお、本発明の実施にあたり、ステップモ
ータＭの界磁巻線に印加する駆動電圧は余弦波状電圧に
限ることなく、正弦波状電圧、台形波状電圧、三角波状
電圧等の交流電圧や交流電流等の交流信号であればよ
い。

【００４５】また、本発明の実施にあたり、指示計器
は、車速を指示するものに限ることなく、乗用車のエン
ジンの回転数や燃料の残量等のアナログ値を指示するも
のであってもよい。

【００４６】また、本発明の実施にあたり、乗用車用指
示計器に限ることなく、バス、トラックや自動二輪車等
の各種車両用指示計器その他各種の指示計器に本発明を
適用して実施してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る乗用車用指示計器の一実施形態を
示す正面図である。

【図２】図１の指示計器の部分断面図である。

【図３】図２の回動内機に内蔵したステップモータの模
式的断面図である。

【図４】図３のステップモータのための電気回路構成図
である。

【図５】図４のマイクロコンピュータの作用を示すフロ
ーチャートである。

【図６】上記ステップモータに生ずる磁束密度及びその
変化率をマグネットロータの回転位置の関係で示すタイ
ミングチャートである。

【図７】マグネットロータの回転中においてＡ相駆動電
圧が零レベルを経るときの界磁巻線の誘導電圧を示すタ
イミングチャートである。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ…目盛り盤、１１…車速表示部、１３…
ストッパ、２０…指針、３０ａ…ステータ、３０ｂ…マ
グネットロータ、３４ａ、３４ｂ…界磁巻線、５０…マ
イクロコンピュータ、６０ａ、６０ｂ…駆動回路、７
０、８０…切り替えスイッチ、Ｍ…ステップモータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アナログ値を下限値から上限値にかけて
   円弧状に表示してなるアナログ値表示部（１１）と、こ
   のアナログ値表示部の下限値に対応する位置にて設けた
   ストッパ（１３）とを有する目盛り盤（１０ａ）と、 この目盛り盤の面に沿い回動するように支持されて前記
   下限値を特定する帰零位置にて前記ストッパに係合する
   指針（２０）と、 交流信号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線（３
   ４ａ、３４ｂ）を備えたステータ（３０ａ）と、このス
   テータ内で同軸的に回転可能に支持されて前記交流磁束
   に応じて回転するマグネットロータ（３０ｂ）とを備
   え、前記マグネットロータの回転に伴い前記指針を回動
   するステップモータ（Ｍ）と、 前記界磁巻線に前記交流信号を入力する入力手段（６０
   ａ、６０ｂ、１１０、１２１）とを備える車両用指示計
   器において、 前記入力手段から前記界磁巻線への前記交流信号の入力
   を許容し、前記交流信号が零レベルを経るときに前記界
   磁巻線を前記交流信号から遮断してこの遮断時に生ずる
   前記界磁巻線の誘起電圧に基づき前記指針の前記ストッ
   パとの係合に伴う前記マグネットロータの停止か否かを
   判定する判定手段（７０、８０、１２２、１２３、１３
   ０）とを備えることを特徴とする車両用指示計器。