JP2005241526A

JP2005241526A - 指示計器

Info

Publication number: JP2005241526A
Application number: JP2004053830A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Baba; 武史馬場
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08
Also published as: US7233255B2; EP1569001A2; US20060010977A1; EP1569001A3

Abstract

【課題】ギアのバックラッシュや捻れ等の要因があっても、指針を適正な初期位置に戻して脱調リセットを行うことのできる指示計器を提供する。
【解決手段】この指示計器１は、イグニッションスイッチがオン又はオフになると、最初に指針３の初期角度を検出し、第２に指針３を離零方向に１度分回動させ、第３に指針３をストッパー機構４側に接近させて帰零処理を行い、第４に再度離零処理を行ってストッパー機構４から１．５度上昇させ、更に、第５に指針３をストッパー機構４側に０．５度帰零処理する処理を行って、脱調リセット処理を行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、ステッピングモータにより指針を駆動する指示計器に関する。

従来、一例として自動車等の計器板等の指針を回転させる動力源としてステッピングモータが用いられており、ステッピングモータの回転は減速ギアを用いて指針に伝達され、指針が車速やエンジン回転数等を示すように構成されている。

しかし、これらステッピングモータでは、各種原因により脱調を起こすことがある。このステッピングモータの脱調リセットを行うものとして、ステッピングモータが取り付けられる計器板にストッパー突起を取り付けている。このストッパー突起は、計器板の指針が回転を開始する位置に突設されており、ステッピングモータが脱調を起こした場合には、帰零信号をステッピングモータに出力して、指針をストッパー突起側に戻し、指針がストッパー突起に当接したときに、脱調リセットが完了したものと判断して、帰零信号を停止している。
特開２００１−３１４０９９号公報特開２００２−２５０６４１号公報

しかしながら、従来の指示計器のステッピングモータ制御にあっては、指針がストッパー突起に当接したときに、指針をストッパー突起に押し付けた状態で帰零信号の出力を停止して脱調リセットの処理を完了させている。このために、停止位置での減速ギアに遊びが発生していた場合には、減速ギアのバックラッシュにより本来停止すべき適正な位置が、ギアの遊び分ずれを生ずる可能性があり、脱調を解消した後も、指針が適正な位置を示さないことがあった。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであり、ステッピングモータが脱調した場合に帰零信号により初期位置にもどすときに、ギアのバックラッシュや捻れ等の要因があっても、指針を適正な初期位置に戻して脱調リセットを行うことのできる指示計器を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の指示計器は、計器板に設けられる指針と、該指針の回転開始位置と戻り位置を定めるストッパー手段と、該指針を駆動するためのステッピングモータと、該ステッピングモータを制御する制御装置とを有する指示計器において、
前記制御装置は、前記ステッピングモータへの電源投入時若しくは電源遮断時に、前記指針を前記ストッパー手段に戻す帰零信号と、前記指針を前記ストッパー手段から離す離零信号とを、前記ステッピングモータに１回数以上交互に出力して、前記指針を前記ストッパー手段から所定角度離零方向に離れた初期角度位置を設定する脱調リセット処理を行うことを特徴とする。

本発明に係る指示計器は、ステッピングモータの脱調をリセットする際に、初期角度設定位置に戻す際に、指針をストッパー手段に対して帰零方向及び離零方向の回動をそれぞれの所定角度で１回以上行うので、指針とステッピングモータとの間の減速ギアにバックラッシュや捻れ等があっても、これを解消することができ、指針を適正な初期角度に位置させることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態を実施例に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例に係る指示計器の模式構造およびブロック構成を示す図である。

本実施例では、指示計器として車両用のスピードメータ（車速計）について説明する。指示計器１は、２相式のステッピングモータ２と、図示しない減速ギア機構を介して回動される指針３と、指針３の回動を停止させるストッパー機構４（ストッパー手段）と、ＣＰＵ部５と、０位置検知部７とからなる。

指示計器１は図示しないバッテリから電源の供給を受けて動作する。ＣＰＵ部５はバッテリに接続される電源回路等を備えている。ＣＰＵ部５は、自動車のキーが走行開始から走行終了の走行状態及び走行待機状態にあるときは、図示しない車速センサからの検出出力に基づいてステッピングモータ２を駆動し、図示しない目盛盤（計器板）の車速を示す目盛位置に指針３を回動させる。

ステッピングモータ２は、Ｓ相コイル（界磁巻線）２１とＣ相コイル（界磁巻線）２２とを備えるステータ（図示しない）と、マグネットロータ２３とを備える。マグネットロータ２３の外周面には、Ｎ極とＳ極とが交互に多数着磁されている。マグネットロータ２３の回転は図示しない減速ギア機構に伝達され、減速ギア機構の回動に伴って指針３が回動される。

ストッパ機構４は、前記目盛盤に突起を設け、この突起に指針３が当接することで、指針３の帰零方向への回動を阻止する構造とされている。ストッパ機構４によって指針３の帰零方向への回動が阻止された状態では、減速ギア機構及びマグネットロータ２３の回動も阻止される。

ＣＰＵ部５は、マイクロコンピュータと周辺回路とを用いて構成されており、ＣＰＵ部５は、駆動制御部６と、脱調リセット制御部８と、０位置検知部７の一部を構成する帰零判定手段７３とを有する。駆動制御部６の車速指示制御手段６１、ＰＷＭ信号生成手段６２と、脱調リセット制御部８と、０位置検知部７の一部を構成する帰零判定手段７３はプログラムで構成される。

駆動制御部６には、ステッピングモータ２のＳ相コイル２１の両端部に接続されるポートＰ１，Ｐ２と、ステッピングモータ２のＣ相コイル２２の両端部に接続されるポートＰ３，Ｐ４とが、接続されている。Ｃ相コイル２２の一端部には０位置検知部７を構成する誘起電圧検出回路７０が接続されている。

図２は、駆動制御部６と、０位置検知部７、及び脱調リセット制御部８の構成を示す。

駆動制御部６は、車体に設けられた図示しない車速センサから車速を表す電気信号が入力される車速指示制御手段６１と、車速指示制御手段６１からの車速データ信号によりＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段６２と、ＰＷＭ信号生成手段６２の出力によりＳ相コイル２１或いはＣ相コイル２２に誘導電流を供給する出力回路６３とを備える。

車速指示制御手段６１は、イグニッションスイッチがオン状態にあるときに、車速センサから供給される車速信号に基づいて指針３の回動方向および回動角度を演算し、ＰＷＭ信号生成手段６２に出力する。ＰＷＭ信号生成手段６２は、車速指示制御手段６１からの出力信号に基づいてＰＷＭ信号を生成し、出力回路６３に出力する。出力回路６３はこのＰＷＭ信号に基づいてステッピングモータ２を駆動し、前述の目盛盤の車速に対応した目盛位置に指針３を回動させる。

ＰＷＭ信号生成手段６２は、Ｓ相コイル２１の一端側から他端側（正方向）或いは他端側から一反側（逆方向）に電流を供給するＰＷＭ信号と、Ｃ相コイル２２の一端側から他端側（正方向）或いは他端側から一反側（逆方向）に電流を供給する各ＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成手段６２によって生成された４系統のＰＷＭ信号は、出力回路６３を介して各出力ポートＰ１〜Ｐ４へ供給される。

出力回路６３は、ＰＷＭ信号生成手段６２からＰＷＭ信号がベースに供給されることにより、エミッタ若しくはコレクタからＳ相コイル２１及びＣ相コイル２２を駆動する電流を所定の順番で出力するトランジスタのスイッチング素子及びダイオード等の周知の保護回路等で構成されている。

指針３をストッパー機構４から離隔させる離零方向に回動させる場合には、ステッピングモータの電気角が増加する方向に各ＰＷＭ信号が生成・出力され、指針３を帰零方向に回動させる場合には、前記電気角が減少する方向に各ＰＷＭ信号が生成・出力される。

Ｓ相コイル２１に正方向の電流を供給する場合には、出力ポートＰ１からＳ相コイル２１を経由して出力ポートＰ２にパルス電流が流れる。Ｓ相コイル２１に逆方向の電流を供給する場合には、出力ポートＰ２からＳ相コイル２１を経由して出力ポートＰ２にパルス電流が流れる。

Ｃ相コイル２２に正方向の電流を供給する場合には、出力ポートＰ３からＣ相コイル２２、出力ポートＰ４にパルス電流が印加される。Ｃ相コイル２２に逆方向の電流を供給する場合には、出力ポートＰ４からＣ相コイル２２更に出力ポートＰ３にパルス電流が印加される。Ｓ相コイル２１を流れる励磁電流とＣ相コイル２２を流れるパルス電流は、コイルを流れる電流の方向と加速・減速処理のために擬似的なＳｉｎ波とＣｏｓ波によって表される。

出力回路６３は、各スイッチング素子をともにオフ状態にすることで、出力ポートＰ１〜Ｐ４を開放（高インピーダンス）状態にすることができる。

０位置検知部７は、誘起電圧検出回路７０と、ＣＰＵ部５の帰零判定手段７３とで構成される。

誘起電圧検出回路７０は、指針３が帰零位置（０位置）に戻ったことを検知するものであり、Ｃ相コイル２２に誘起された誘起電圧に重畳されている高周波ノイズ成分を軽減または除去するための低域通過特性を有するフィルタ回路７１と、誘起電圧と予め設定した閾値電圧とを比較して２値出力を発生する電圧比較器７２とを備える。電圧比較器７２の２値出力は、入力ポートを介してＣＰＵ部５内の帰零判定手段７３に入力される。

図２の帰零判定手段７３は、電圧比較器７２の出力に基づいてマグネットロータ２３の回転が停止されたことを検出し、これにより指針３が零（基準）位置に復帰したと判定する。

脱調リセット制御部８は、図２の帰零処理手段６４により構成される。帰零処理手段６４は、イグニッションスイッチがオフに操作されたときに、指針３を零（基準）位置に復帰させる帰零処理と共に脱調リセット処理を行い、イグニッションスイッチがオンに操作されたときにも、指針３を零（基準）位置に一旦復帰させる帰零処理と脱調リセット処理を行ってから離零方向に指針３を駆動可能とする。

帰零処理手段６４は、Ｃ相コイル２２の一端側を開放状態に制御する出力ポート開放制御手段６５を備える。出力ポート開放制御手段６５は、脱調リセット処理を行う場合、帰零判定手段７３の出力を待つ。

帰零判定手段７３は、脱調リセット制御部８の出力ポート開放制御手段６５と連係して０位置（指針３がストッパー機構４に接触して停止する位置）への指針３の帰零を判定するものであり、帰零処理開始時に、帰零処理手段６４からの命令により、出力ポートＰ３の開放を停止する直前のタイミングで電圧比較器７２の出力を取り込み、Ｈレベルであれば、指針３が未だ帰零位置に復帰していないと判断し、Ｌレベルであれば指針３が帰零位置に復帰したものと判断する。帰零処理によって、指針３の回動がストッパ機構４によって停止され、マグネットロータ２３の回動も停止している状態では、Ｃ相コイル２２には誘導電圧が発生しないので、電圧比較器７２の出力はＬレベルとなる。

すなわち、図６に示すように、Ｓ相コイル２１を流れる擬似Ｓｉｎ＋波の電気角が４５度〜９０度のとき及び２２５度〜２７０度のとき、Ｃ相コイル２２にはパルス電流が流れないが、マグネットロータ２３が回転することによってＣ相コイル２２に誘導電圧が発生する。このときのＣ相コイル２２に誘起された誘起電圧を電圧比較器７２が閾値と比較し、誘起電圧が閾値電圧より高いときは、マグネットロータ２３が回転し、指針３が回動中であるものと判断し、帰零処理を継続する。

帰零処理において、帰零処理手段６４は、第１段階で指針３をストッパー機構４側に帰零させる方向にステッピングモータ２を駆動する。第２段階で、Ｓｉｎ＋側のＰＷＭ信号を出力しているタイミングで、Ｃｏｓ＋側の出力ポートＰ３を開放（高インピーダンス）状態にする。第３段階で帰零判定手段７３が電圧比較器７２から誘起電圧検出出力（電圧比較器７２の出力）を取り込み、第４段階でその論理レベルがＨレベルであれば指針回動中であると判定し、Ｃｏｓ＋側の出力ポートＰ３をＰＷＭ信号の出力状態に戻して、指針の帰零方向への駆動を継続する。第４段階で誘起電圧検出出力（電圧比較器７２の出力）が閾値より低いＬレベルであれば、指針が零位置に復帰したものと判断し、Ｃｏｓ＋側の出力ポートＰ３をＰＷＭ信号の出力状態に戻し、ステッピングモータの駆動を停止する。

なお、帰零判定手段７３は、出力ポートＰ３の開放期間の後半において、電圧比較器７２の出力を所定の時間間隔で複数回に亘って取り込むようにしてもよい。

本実施の形態では、この脱調リセット処理において、脱調リセット処理では、帰零処理を複数回行って脱調リセット処理を行い、減速ギア機構のバックラッシュや捻れ等の脱調要因を除去する。

図３、図４は、本発明の脱調リセット処理の流れを示し、図５はこの時の電気角の変化を示す。すなわち、イグニッションスイッチのオン又はオフになると、脱調リセット処理のフラグが開始する。ステップＳ．１では、ストッパー機構４の位置に指針３があるときのマグネットロータ２３の初期角度を出力する。ステップＳ．２では、駆動制御部６からＳ相コイル２１及びＣ相コイル２２に対して指針３を離零方向に機械角を略１度分（第１の所定角度）回動させるために、通電する（図４参照）。ステップＳ．３では、指針３を再びストッパー機構４側に帰零させるために、駆動制御部６からＳ相コイル２１及びＣ相コイル２２に通電し、帰零を開始させる。ステップＳ．４では、この帰零処理で指針３がストッパー機構４に当たる近辺で駆動制御部６は減速処理を行った後（図５参照）、指針３がストッパー機構４に当った時点で一旦帰零処理を終わる。次のステップＳ．５では、指針３を離零方向にストッパー機構４から１．５度（第２の所定角度）離零させるように、駆動制御部６からＳ相コイル２１及びＣ相コイル２２に通電する。ステップＳ．６では、指針３を再び、ストッパー機構４側に０．５度（第３の所定角度）近づけるように帰零処理を行う。これによって、脱調リセット処理のフラグを終了する。

本実施の形態では、このように脱調リセット処理において、最初に初期角度を検出した後に、第２に指針３を離零方向に１度分回動させ、第３に指針３をストッパー機構４側に接近させて帰零処理を行い、第４に再度離零処理を行ってストッパー機構４から１．５度上昇させ、更に、第５に指針３をストッパー機構４側に０．５度帰零処理する処理、すなわち、指針３をストッパー機構４から所定角度離零方向に離れた初期角度位置を設定する脱調リセット処理を行うので、減速ギア機構のバックラッシュや捻れ等の脱調要因が解消され、指針３が適正な速度を示すように調整できる。尚、上記の第１乃至第３の所定角度は一例であり、この角度に限定されるものではない。

なお、本実施例では、Ｃ相コイル２２の一端側を開放状態にし、Ｃ相コイル２２を誘起電圧検出用コイルとして利用する場合を示したが、Ｓ相コイル２１の一端側を開放状態にし、Ｓ相コイル２１側で誘起電圧を検出するようにしてもよい。なお、その場合は、Ｓ相コイル２１が無励磁となるタイミングで、Ｓ相コイル２１の一端側を開放状態にする。これにより、ステッピングモータ２の駆動に影響を与えることなく、誘起電圧を検出して指針３が回動中であるか停止状態にあるかを検知できる。

本発明にかかる指示計器は、計器板に用いられるステッピングモータの脱調をリセットする際に、減速ギアにバックラッシュや捻れ等が生じた脱調要因を解消して常時適正な指針を維持することができる。

図１は指示計器の脱調リセット処理を行うためのブロック図である。図２は図１のブロック図をより具体的に示したブロック図である。図３は脱調リセット処理の処理工程を示す流れ図である。図４は図３の脱調リセット処理における指針の動きを示す説明図である。図５は図３、図４の脱調リセット処理時の電気角の変化を示す説明図である。図６はＳ相コイル及びＣ相コイルに供給されるＰＷＭ信号及び擬似Ｓｉｎ信号及び擬似Ｃｏｓ信号が電気角に応じて変化する状態を示す説明図である。

符号の説明

１指示計器
２ステッピングモータ
３指針
４ストッパー機構
５ＣＰＵ部
６駆動制御部
６１車速指示制御手段
６２ＰＷＭ信号生成手段
６３出力回路
７０位置検知部
７０誘起電圧検出回路
７１フィルタ回路
７２電圧比較器
７３帰零判定手段
８脱調リセット制御部
６４帰零処理手段
６５出力ポート開放制御手段

Claims

計器板に設けられる指針と、該指針の回転開始位置と戻り位置を定めるストッパー手段と、該指針を駆動するためのステッピングモータと、該ステッピングモータを制御する制御装置とを有する指示計器において、
前記制御装置は、前記ステッピングモータへの電源投入時若しくは電源遮断時に、前記指針を前記ストッパー手段に戻す帰零信号と、前記指針を前記ストッパー手段から離す離零信号とを、前記ステッピングモータに１回数以上交互に出力して、前記指針を前記ストッパー手段から所定角度離零方向に離れた初期角度位置を設定する脱調リセット処理を行うことを特徴とする指示計器。