JP2003235297A - ステップモーターによって駆動される針を供給電圧の不足時に制御して戻す回路装置 - Google Patents

ステップモーターによって駆動される針を供給電圧の不足時に制御して戻す回路装置

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JP2003235297A JP2003022594A JP2003022594A JP2003235297A JP 2003235297 A JP2003235297 A JP 2003235297A JP 2003022594 A JP2003022594 A JP 2003022594A JP 2003022594 A JP2003022594 A JP 2003022594A JP 2003235297 A JP2003235297 A JP 2003235297A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ステップモーターによって駆動される針を供
給電圧の不足時に制御して戻す回路装置を提示するこ
と。 【解決手段】 上述の課題は、少なくともステップモー
ターの制御回路に対する供給電圧が少なくとも１つのバ
ッファコンデンサによってバッファされ、少なくとも１
つのバッファコンデンサのキャパシタンスは、少なくと
も制御回路がステップモーターによって駆動される針を
ディスプレイ装置の目盛りに関連する零点かまたはディ
スプレイ装置の目盛りに関連するクリチカルでない指示
値まで動かすまで、当該バッファコンデンサがステップ
モーターの制御回路に電力を供給するようなキャパシタ
ンスである、ことを特徴とする、ステップモーターによ
って駆動される針を供給電圧の不足時に制御して戻す回
路装置によって解決される。

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ーに
よって駆動される針を供給電圧の不足時に制御して戻す
(controlled return)回路装置に関する。ここでこの回
路装置はステップモータを作動させる制御回路を有す
る。本発明は有利には、車両の複合計器内のアナログデ
ィスプレイ装置に関連して使用される。ここでこのディ
スプレイ装置は、測定された可変の、車両操作の信頼性
に対して有意なもの（significant)を示す。このような
ディスプレイ装置は例えば、トラック内の複合計器内の
ブレーキ圧のインジケーターである。
【０００２】
【従来の技術】ステップモータによって駆動される針を
有する車両用のアナログディスプレイ装置は、ドイツ連
邦共和国特許公開第３３２００８８号から公知である。
このようなディスプレイ装置では、ステップモーター内
の電磁的に駆動されるロータが針の軸を駆動させる。こ
のような場合には駆動は、ほぼ常にステップダウン(ste
p-down)駆動機構によって供給される。使用される駆動
機構は、例えば時には多段設計でもあるスパーギヤ駆動
機構およびウォーム駆動機構またはスピンドル駆動機構
である。この駆動機構と永久磁石による設計のステップ
モーターのロータの自然抑制とによって、自身の原理の
利点によって自身に戻りばねを有する交差されたコイル
測定素子(crossed-coil measuring element)または可動
コイル測定素子(moving-coil measuring element)によ
って駆動されるディスプレイ装置で行われるようには戻
りばねは針をその零点（zero position)、またはディス
プレイ装置上の目盛りに関してクリチカルではない(non
critical)他の指示値に戻すことができない。
【０００３】それ故にステップモーターによって駆動さ
れる針を有するアナログディスプレイ装置は、遮断され
たまたは非作動状態である定められたホームポジション
を有していない。なぜならこのようなディスプレイ装置
内のステップモーターによって駆動される針は、デジタ
ルに計算された角度の増分を用いて位置決めされるから
である。このためこの針は、ステップモーターの制御回
路と相応してディスプレイ装置上の目盛りに関連する自
身の零点に戻される必要もある。この針の位置決めは、
例えばディスプレイ装置上の目盛りに正しい角度で設け
られた、針の機械的な止めによってアシストされる。
【０００４】急峻に起こったステップモーターの制御回
路に対する突発的な供給電圧の不足状態（failure)時に
は（不足は搭載電源の過負荷によっても起こる）、通常
はマイクロコントローラから成るこの制御回路はステッ
プモーターによって駆動される針を零点か、またはディ
スプレイ装置上の目盛りに関してクリチカルではない他
の表示値にまでに戻すのに必要な時間を有していない。
これは針が、ディスプレイ装置上の目盛り上の選択され
た最後のポジションに留まることを意味する。しかしデ
ィスプレイ装置がこの時に、測定された可変的な、車両
操作の信頼性に対して有意なものを示すのに使用されて
いる場合、例えばトラックの複合計器内のブレーキ圧を
示すディスプレイ装置である場合、供給電圧の不足時に
針はクリチカルでない値を示す必要がある。それ故に示
した実施例では、０barのブレーキ圧が示されなければ
ならない。
【０００５】
【特許文献１】ドイツ連邦共和国特許公開第３３２００
８８号
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ステ
ップモーターによって駆動される針を供給電圧の不足時
に制御して戻す回路装置を提示することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の課題は、少なくと
もステップモーターの制御回路に対する供給電圧が少な
くとも１つのバッファコンデンサによってバッファさ
れ、少なくとも１つのバッファコンデンサのキャパシタ
ンスは、少なくとも制御回路がステップモーターによっ
て駆動される針をディスプレイ装置上の目盛りに関連す
る零点か、またはディスプレイ装置上の目盛りに関連す
るクリチカルでない他の指示値まで動かすまで、バッフ
ァコンデンサがステップモーターの制御回路に電力を供
給するようなキャパシタンスである、ことを特徴とす
る、ステップモーターによって駆動される針を供給電圧
の不足時に制御して戻す回路装置によって解決される。
【０００８】
【発明の実施の形態】この回路装置はとりわけ次のよう
な特徴を有する。すなわち少なくともステップモーター
に対する制御回路の供給電圧が少なくとも１つのバッフ
ァコンデンサによってバッファされ、少なくとも制御回
路がステップモーターによって駆動される針をディスプ
レイ装置上の目盛りに関する零点かまたはディスプレイ
装置上の目盛りに関するクリチカルではない他の指示値
に動かし終わるまでバッファコンデンサが少なくともス
テップモーターに対する制御回路に電力を供給するよう
なキャパシタンスをこの少なくとも１つのバッファコン
デンサが有することである。従属請求項は、解決方法の
さらなる改善および発展に関する。
【０００９】
【実施例】提案した解決方法を、４つの図を参照しなが
らより詳細に説明する。
【００１０】本発明の実施例のように、図１には電源ユ
ニットＮの簡易化されたブロック図が一点鎖線によって
示されている。これは例えば車内の複合計器に対して使
用される。このような電源ユニットＮはモード切替式電
源１を有する。このモード切替電源の入力側２の車両の
搭載電源からの動作電圧ＵＢは、ダイオード形式の極性
反転保護デバイス３と、コンデンサから成るフィルタ素
子４とを介してアースされるＧＮＤ。ここで示された実
施例では、モード切替式電源１は入力側に印加される動
作電圧ＵＢを、その出力側５で８ＶのＤＣ電圧に安定化
させると仮定する。しかしこの切り替え式電源１は、動
作電圧ＵＢの急峻な傾斜が原因でモード切替式電源１の
出力側５に生じる電圧が８Ｖより降下した場合に、信号
Ｕ８を生成するコントロール出力側６も有する必要があ
る。従ってモード切替式電源１は、所定の電圧閾値を下
回る急峻な降下を検出する。ＧａＮタイプのＬＥＤのよ
うな複合計器内の幾つかの電子的なコンポーネントに
は、直接的に８Ｖの出力電圧が供給される必要がある。
なぜならこれらのコンポーネントは高い電圧閾値を有し
ているのでそれより低い電圧では動作しないからであ
る。このようなコンポーネントに電気を供給するため
に、モード切替式電源１は自身の下流側に設けられてい
るタップ７を有する。しかし多数の回路が、モード切替
式電源１の出力側５で使用可能なものより低い残留リプ
ルを有する５Ｖに調整された完全に正確な供給電圧ＵＶ
を要求する。それ故に実際にはモード切替式電源１から
の出力電圧はしばしば、減結合素子（decoupling eleme
nt)８を介して線形制御装置９に供給される。この線形
制御装置９の出力側１０で複合計器に設けられた種々異
なる回路用の供給電圧ＵＶが取り出される。通常、複合
計器内に含まれるステップモータ１４とその制御回路１
３は、５Ｖの電圧が供給される回路または電気的なコン
ポーネントに属する。線形制御装置９もコントロール出
力側１１を有することができる。このコントロール出力
側は、出力側１０で生成されたＤＣ電圧が５Ｖを下回っ
た場合に信号Ｕ５を生成する。
【００１１】本発明では、少なくともステップモーター
１４用制御回路１３に対する供給電圧ＵＶは、少なくと
も１つのバッファコンデンサ１５によってバッファされ
る。少なくとも１つのバッファコンデンサ１５のキャパ
シタンスは、少なくとも制御回路１３がステップモータ
１４によって駆動された針２０をディスプレイ装置２２
上の目盛り２１に関連する零点２３かまたはディスプレ
イ装置上の目盛に関連するクリチカルでない他の指示値
にまで動かすまでこのバッファコンデンサがステップモ
ーター１４の制御回路１３に電力を供給するようなキャ
パシタンスである。ここでこのバッファコンデンサ１５
を例えば、モード切替式電源１の出力側５に、または図
１に破線で示されたバッファコンデンサ１５のように線
形制御装置９の入力側に配置することができる。
【００１２】ステップモーター１４の制御回路１３に対
するこのバッファモードは、動作電圧ＵＢを複合計器内
に配置されているステップモーター１４およびその制御
回路１３の確実な動作に必要な所定の電圧閾値ＵＳより
降下させる、車両の搭載電源内での故障が生じるか、ま
たはステップモータ１４の制御回路１３に対する供給電
圧ＵＶを複合計器内に配置されているステップモーター
１４およびその制御回路１３の確実な動作に必要な所定
の電圧閾値ＵＳより降下させる、電源ユニットＮ内での
故障が生じるとすぐに始まる。なぜなら必要な供給電圧
ＵＶを下回るこの降下がモード切替式電源１によって
か、線形制御装置９によってか、またはこれら２つの回
路によって識別されるからである。各コントロール出力
側６および１１で生成された信号Ｕ８またはＵ５はステ
ップモータ１４用の制御回路１３に供給される。これに
よって制御回路１３に、ステップモーター１４によって
駆動される針２０を、ディスプレイ装置２２上の目盛り
２１に関連する零点２３か、またはディスプレイ装置上
の目盛りに関するクリチカルでないその他の指示値にま
で動かすように命令が与えられる。
【００１３】複合計器の設計に応じて、電力のバッファ
は線形制御装置９に接続されている全電気系統１６に作
用するか、またはちょうどステップモーター１４とその
制御回路１３に作用する。図１に示された実施例に対応
する前者の設計の場合、線形制御装置９と接続されてい
る電気系統１６が比較的小さい場合に有利である。すな
わち電気系統の動作電流が、ステップモーター１４とそ
の制御回路１３に対する動作電流に関して比較的低い場
合である。電力のバッファがちょうどステップモーター
１４とその制御回路１３に作用するようにされる第２の
設計は、図２に示されている。この発展形態は、複合計
器内に設けられた電気システム１６の残りの部分が、ス
テップモーター１４とその制御回路１３の動作電流に関
して望ましくない高い動作電流を必要とするときに本発
明を実装するのに選択される。他方でこの後者の設計
は、次のような利点を有する。すなわちステップモータ
ー１４によって駆動された針２０を緊急作動時に戻すと
いう目的に限らずに電力緩衝が実際に使用可能であると
いう利点である。図２に示されているようにこの場合に
は、回路の経路が電源ユニットＮ内のモード切替式電源
１の出力側５に配置され、線形制御装置９ａを介してス
テップモーター１４とその制御回路１３に対する給電経
路と並列に、電気系統１６の残りの部分に電力を供給す
るのに用いられる。２つの本発明の実装の例ではデータ
ラインＤは有利にはステップモーター１４の制御回路１
３と、電力が電源ユニットＮから給電される電子システ
ム１６とのあいだに設けられる。これは信号Ｕ８および
Ｕ５がステップモーター１４の制御回路１３に印加され
る緊急作動時にも、電気系統の残りの部分に影響を与え
る適切な測定を用いることができるようにするためであ
る。このデータラインＤは、例えば電気系統１６内のエ
ラーをステップモーター１４の制御回路１３に報告する
ために双方向性に設計されていてもよい。
【００１４】しかし複合計器に対する電源ユニットＮに
は、モード切替式電源１または線形制御装置９が常に装
備されているのではない。この場合、図３に示されてい
るように少なくとも１つのバッファコンデンサ１５が複
合計器に対する実際の電気入力回路素子(actual electr
ical input circuitry)内に設けられる、すなわち動作
電圧ＵＢに対して接続される。ただしこのバッファコン
デンサ１５が、この装置の入力側で生じる最大の動作電
圧ＵＢ用に設計されているという条件付きでである。ス
テップモーター１４の制御回路１３に針を戻す命令を与
えるために、印加された動作電圧ＵＢを設定された基準
電圧ＵＲと比較するコンパレータＫが有利には電気入力
回路素子内のポイントに設けられ、このコンパレータＫ
からの出力信号ＵＫが上述した実施例での信号U５およ
びU８と同じように、ステップモーター１４の制御回路
１３に供給される。ステップモーター１４の制御回路１
３を除いて、ディスプレイ装置上のパイロットランプお
よび照明等の複合計器用電気系統１６内の他の全ての電
気的負荷は、急峻な電気的な供給不足を示す信号U５、U
８またはＵＫがトリガされると遮断される。これによっ
てこの時点で少なくとも１つのバッファコンデンサ１５
から導出される電力はできる限り、零点２３か、または
ディスプレイ装置上の目盛りに関するクリチカルでない
その他の指示値にまでステップモーター１４によって駆
動された針２０を戻すことに使用される。
【００１５】ステップモーター１４によって駆動された
針２０を零点２３かまたはディスプレイ装置上の目盛り
に関するその他のクリチカルでない指示値に実際に戻す
ことは、この場合には異なる方法によって行われる。第
１にステップモーター１４のロータに対する電極マグネ
ットの極性が迅速に交替する。これによってロータと接
続された針２０は、例えばディスプレイ装置２２上の目
盛り２１に垂直に位置付けられた機械的なストッパーま
で連続して動き、零点２３かまたはディスプレイ装置上
の目盛りに関するクリチカルでないその他の指示値をし
るす。
【００１６】他のデザインでは図４に示されているよう
に、マイクロプロセッサ形式である中央制御ユニット１
７が上位の制御タスクを実施するために複合計器用の電
子回路装置内に設けられる。図１〜図３の図に示された
のと同じように、この中央制御ユニット１７には電源ユ
ニットＮによって電力が供給される。この電源ユニット
は線形制御装置９または９ａを有するかまたは有してい
ないモード切替式電源１か、または複合計器に対する簡
易な電気入力回路素子を含む。この中央制御ユニット１
７は、それに接続されているステップモーター１４に対
する、マイクロコントローラーを含む制御回路１３を有
する。複合計器上の複数のディスプレイがステップモー
ターによって駆動される場合、ステップモーター１４が
トラックのブレーキ圧等の測定された可変の、車両の操
作の信頼性に対して有意なものを示すディスプレイ装置
２２上の針２０を動かすのに用いられるとき、このステ
ップモーター１４のみが独立した制御回路１３（例え中
央制御ユニット１７と接続されている場合でも）を有す
る。給電不足を示す信号Ｕ５、Ｕ８またはＵＫがここで
中央制御ユニット１７かまたはステップモーター１４に
対する独立した制御回路１３に報告された場合、ステッ
プモーター１４用の制御回路１３は一時的に中央制御ユ
ニット１７から減結合され、コントロールされてステッ
プモーター１４によって駆動される針２０を零点２３
か、またはディスプレイ装置上の目盛りに関するクリチ
カルでないその他の指示値まで動かす。ここでこの制御
回路は本発明と相応に間接的にまたは直接的に少なくと
も１つのバッファコンデンサ１５によってバッファされ
る。
【００１７】図４に、ステップモーター１４に対する制
御回路１３と並列して配置された破線で示されているよ
うに、図１〜図３と同じように設けられた針２０は簡易
な補助回路１９を用いて戻される。この補助回路は適切
なフィードバック回路と振動子回路が備えられた例えば
シフトレジスタまたはワンオブエヌ符号化カウンタを有
し、エラーの無い作動時には結合素子１８によって中央
制御ユニット１７または独立した制御回路１３から減結
合される。この補助回路１９は、急峻な電気的な供給不
足を示す信号Ｕ５Ｕ、Ｕ８またはＵＫが中央制御ユニッ
ト１７か、ステップモーター１４の制御回路１３か、ま
たは直接的に補助回路１９に加えられた時にステップモ
ーター１４に作用するようにのみされている。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明性のある特徴を有する複合計器用電源をあ
らわす図であり、ここで電力緩衝は電源ユニットによっ
て給電される全電気系統に作用する。
【図２】発明性のある特徴を有する複合計器用電源をあ
らわす図であり、ここで電力緩衝はステップモーターと
その制御回路にのみ作用する。
【図３】簡素化された電源ユニットを有する複合計器を
あらわす図である。
【図４】供給電圧の不足時の、ステップモーターによっ
て駆動される針の非制御復帰機構（controlled return)
の実装に対する２つの設計オプションをあらわす図であ
る。
【符号の説明】
Ｎ 電源ユニット Ｋ コンパレータ Ｄ データライン ＵＢ 動作電圧 ＵＲ 基準電圧 ＵＶ 供給電圧 Ｕ５, Ｕ８またはＵＫ 信号 １ モード切替式電源 ２ モード切替式電源の入力側 ３ 極性反転保護デバイス ４ フィルタ素子 ５ モード切替式電源の出力側 ７ タップ ９ 線形制御装置 ９ａ 線形制御装置 １０ 線形制御装置の出力側 １３ ステップモータの制御回路 １４ ステップモータ １５ バッファコンデンサ １６ 電気系統 １７ 中央制御ユニット １８ 結合素子 １９ 補助回路 ２０ 針 ２１ 目盛り ２２ ディスプレイ装置 ２３ 零点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H580 AA08 BB05 DD07 FD16 FD18 HH23 JJ09 JJ12

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ステップモーター（１４）によって駆動
    される針（２０）を供給電圧（ＵＶ）の不足時に制御し
    て戻す回路装置であって、 当該回路装置は前記ステップモーター（１４）を作動さ
    せる制御回路（１３）を有している形式のものにおい
    て、 少なくともステップモーター（１４）の制御回路（１
    ３）に対する供給電圧（ＵＶ）が少なくとも１つのバッ
    ファコンデンサ（１５）によってバッファされ、 当該少なくとも１つのバッファコンデンサ（１５）のキ
    ャパシタンスは、少なくとも制御回路（１３）がステッ
    プモーター（１４）によって駆動される針（２０）をデ
    ィスプレイ装置（２２）上の目盛りに関連する零点（２
    ３）か、またはディスプレイ装置上の目盛りに関連する
    クリチカルでない他の指示値まで動かすまで、前記バッ
    ファコンデンサがステップモーター（１４）の制御回路
    （１３）に電力を供給するようなキャパシタンスであ
    る、ことを特徴とする、ステップモーターによって駆動
    される針を供給電圧の不足時に制御して戻す回路装置。
  2. 【請求項２】 ステップモーター（１４）の制御回路
    （１３）に電力を供給する電源ユニット（Ｎ）が急峻な
    給電不足を示す信号（Ｕ５, Ｕ８またはＵＫ）を制御回
    路（１３）に出力すると、前記制御回路（１３）はステ
    ップモーター（１４）によって駆動される針（２０）を
    針の零点（２３）かまたはディスプレイ装置上の目盛り
    に関連するクリチカルでない他の指示値に動かし、 前記急峻な給電不足を示す信号（Ｕ５, Ｕ８またはＵ
    Ｋ）は、電源ユニット（Ｎ）内に設けられたモード切替
    式電源（１）によってか、線形制御装置（９）によって
    か、または回路装置に加えられた動作電圧（ＵＢ）と設
    定された基準値（ＵＲ）とを比較するコンパレータ
    （Ｋ）によって出力される、請求項１記載の回路装置。
  3. 【請求項３】 少なくとも１つのバッファコンデンサ
    （１５）が前記電源ユニット（Ｎ）内に配置されてい
    る、請求項１または２記載の回路装置。
  4. 【請求項４】 前記針（２０）を駆動させるステップモ
    ータ（１４）は、全回路装置に対する中央制御ユニット
    （１７）によってか、または該中央制御ユニット（１
    ７）と接続されている制御回路（１３）によって作動さ
    れる、請求項１から３までのいずれか１項記載の回路装
    置。
  5. 【請求項５】 前記針（２０）は、通常作動時には中央
    制御ユニット（１７）からまたはステップモーター（１
    ４）の制御回路（１３）から結合素子（１８）によって
    減結合される補助回路（１９）によって、針の零点（２
    ３）かまたはディスプレイ装置上の目盛りに関連するク
    リチカルでない他の指示値にまで動かされる、請求項１
    から３までのいずれか１項記載の回路装置。
  6. 【請求項６】 前記補助回路（１９）は、適切なフィー
    ドバック回路および振動子回路を備えたシフトレジスタ
    またはワンオブエヌ符号化カウンタを有する、請求項５
    記載の回路装置。
  7. 【請求項７】 前記ステップモーター（１４）は、車両
    内の複合計器内のアナログディスプレイ装置（２２）の
    一部である針（２０）を駆動させる、請求項１から６ま
    でのいずれか１項記載の回路装置。
  8. 【請求項８】 前記ディスプレイ装置（２２）は測定さ
    れた可変の、車両の操作の信頼性に対して有意なものを
    示す、請求項７記載の回路装置。
  9. 【請求項９】 前記ディスプレイ装置（２２）は、トラ
    ックのブレーキ圧を示す、請求項８記載の回路装置。
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