JP2007017360A

JP2007017360A - 指示計器

Info

Publication number: JP2007017360A
Application number: JP2005201115A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Baba; 武史馬場
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2007-01-25

Abstract

【課題】界磁巻線の誘起電圧がしきい値電圧よりも低い場合は指針が帰零位置に達したものと判定する帰零処理において、しきい値電圧をステッピングモータの駆動電圧に応じて可変することで、帰零判定を精度よく行なう。
【解決手段】帰零判定手段６６は、誘起電圧検出回路７の電圧比較器７２の出力に基づいて指針４が零（基準）位置に復帰したことを判定する。ステッピングモータ２の駆動電圧であるＶＤＤ電源電圧を電圧検出手段５７によって検出する。しきい値可変手段６８は、ＶＤＤ電源電圧対しきい値特性を格納したしきい値テーブルを備え、検出されたＶＤＤ電源電圧に基づいてしきい値テーブルを参照して、そのＶＤＤ電源電圧に対応するしきい値電圧を算出し、算出したしきい値電圧を発生させる。このしきい値電圧を電圧比較器７２の基準入力端子に供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ステッピングモータを指針の駆動源として用いる指示計器に関する。

ステッピングモータを指針の駆動源として用いる指示計器では、指針を帰零位置に向け回動させストッパ機構によって指針を帰零位置で停止させることで、指針の基準位置（０位置）を設定している。指針が移動している間すなわちステッピングモータのマグネットロータが回転している間は、界磁巻線に誘起電圧が生ずる。指針が帰零位置で停止しマグネットロータの回転が停止したときは、界磁巻線に誘起電圧が生じない。そこで、ステッピングモータを帰零信号で駆動する過程において、界磁巻線を非励磁状態に切り替え、界磁巻線に生ずる誘起電圧が所定のしきい値電圧以下となったとき、指針が帰零位置に達したものと判定している。（特許文献１および２参照）
特開２００１−３１４０９９号公報特開２００２−２５０６４１号公報

図５は従来の指示計器の回路構成図、図６は従来の指示計器の課題を示すタイミングチャートである。図５に示すように、従来の指示計器は、ステッピングモータＭのＣ相巻線に誘起される誘起電圧を低域通過型のフィルタ回路１０１を介して電圧比較器１０２に供給し、誘起電圧としきい値電圧ＶＴＨとを比較し、その比較出力をＣＰＵ部１０３に供給している。車両用の指示計器では、クランキング時などバッテリ電源電圧ＶＢＡＴが低下するとステッピングモータ駆動回路の電源電圧ＶＤＤも低下し、ステッピングモータの動作スピードが低下する。ステッピングモータの動作スピードが低下すると、誘起電圧も低下する。従来の指示計器は、帰零判定を行なうためのしきい値電圧ＶＴＨが固定値であるため、誘起電圧が低下した場合にはマグネットロータが回転している状態であっても、帰零位置に達したものとして誤判定することがある。そこで、図６（ａ），（ｂ）に示すように、バッテリ電源電圧ＶＢＡＴの低下を検知し、図６（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、ＶＤＤ電源が所定電圧以上に復帰し、ＣＰＵがリセット状態から復帰しても、低電圧検知から復帰するまでは帰零処理を行なわないようにしている。

このように従来の指示計器では、ステッピングモータ駆動回路の電源電圧の低下に伴って帰零位置を誤判定するという問題があり、これを回避するために電源電圧が所定値以上に復帰した以降に帰零処理を行なうため、応答性が悪くなってしまうという問題がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、帰零位置を判定するためのしきい値をステッピングモータの駆動電圧に応じて可変することで、帰零判定を精度よく行なうことができ、また、駆動電圧が所定値以上に復帰する以前でも帰零処理を開始することができ、これにより応答性を改善することのできる指示計器を提供することを目的とする。

本発明に係る指示計器は、マグネットロータおよびこのマグネットロータを回転させるための少なくとも２つの界磁巻線を備えたステータを有するステッピングモータと、前記マグネットロータを回転させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記マグネットロータの回動に伴い指針を回動させるギア機構と、前記指針が帰零位置に戻ったとき指針の回動を停止するストッパ機構と、前記界磁巻線に帰零信号を供給して前記ステッピングモータを帰零方向へ駆動し、前記界磁巻線を非励磁にしたときにその界磁巻線に誘起される誘起電圧がしきい値以上である場合はマグネットロータが回動していると判断し、しきい値未満である場合はマグネットロータの回動が停止されたと判断する帰零処理手段とを備えた指示計器であって、前記駆動信号の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて前記しきい値を可変するしきい値可変手段とを備える。

上記の構成によれば、ステッピングモータを駆動する駆動信号の電圧に応じて帰零判定のためのしきい値を変更するので、駆動信号の電圧が低下している場合でも帰零判定を精度よく行なうことができる。

本発明によれば、帰零位置を判定するためのしきい値をステッピングモータの駆動電圧に応じて可変することで、帰零判定を精度よく行なうことができ、また、駆動電圧が所定値以上に復帰する以前でも帰零処理を開始することができ、これにより応答性を改善することができる。

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構成図である。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、減速ギア機構３を介して回動される指針４と、指針４の回動を停止させるストッパ機構５と、ＣＰＵ部６と、誘起電圧検出回路７とを有して構成される。

指示計器１は、図示しない安定化電源回路から供給されるＶＤＤ電源で動作する。なお、図示しない安定化電源回路は、バッテリ電源（公称１２ボルト）から電力の供給を受けてＶＤＤ電源を出力する。ＶＤＤ電源の公称電圧は５ボルトであるが、バッテリ電源が低下した場合、ＶＤＤ電源は４ボルト以下に低下する。図示しないリセット回路は、ＶＤＤ電源が４ボルト以下に低下している間は、Ｌレベルのリセット信号を出力する。図示していないが、このリセット信号はＣＰＵ部６に供給される。ＣＰＵ部６は、リセット状態が解除されると指針４を帰零位置に復帰させる帰零処理を行なった後、車速センサ１０の検出出力に基づいてステッピングモータ２を駆動し、図示しない目盛盤の車速に対応した目盛位置に指針４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。

減速ギア機構３は、入力段ギア３１と、第１の中間ギア３２と、第２の中間ギア３３と、出力段ギア３４とを備える。マグネットロータ２３の回転は入力段ギア３１へ伝達され、各中間ギア３２，３３を介して出力段ギア３４へ伝達される。出力段ギア３４の回動に伴って指針４が回動される。

ストッパ機構５は、出力段ギア３４に取り付けられたストッパ部材５１と、ストッパ部材が当接することで指針４の帰零方向への回動を阻止する係止アーム５２とから構成されている。ストッパ機構５によって指針４の帰零方向への回動が阻止された状態では、各ギア３１〜３４およびマグネットロータ２３の回動も阻止される。

ＣＰＵ部６は、マイクロコンピュータシステムを用いて構成されており、車速指示制御手段６１と、駆動信号（ＰＷＭ信号）生成手段６２と、駆動信号（ＰＷＭ信号）の出力回路６３と、帰零処理手段６４とを有している。

車速指示制御手段６１は、図示しない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１０から供給される車速信号に基づいて指針４の回動方向および回動角度を演算し、駆動信号（ＰＷＭ信号）生成手段６２を介してステッピングモータ２を駆動し、図示しない目盛盤の車速に対応した目盛位置に指針４を回動させる。

駆動信号（ＰＷＭ信号）生成手段６２は、Ｓ相コイル２１の一端側および他端側に供給する擬似正弦波の各駆動（ＰＷＭ）信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−、ならびに、Ｃ相コイルの一端側および他端側に供給する擬似余弦波の各駆動（ＰＷＭ）信号Ｃｏｓ＋，Ｃｏｓ−を生成する。駆動信号（ＰＷＭ信号）生成手段６２によって生成された４系統の駆動（ＰＷＭ）信号は、出力回路６３を介してステッピングモータ２の各相コイル２１，２２にそれぞれ供給される。

出力回路６３は、高レベル（ＶＤＤ電源電圧レベル）の電圧を出力するトランジスタ等のスイッチング素子と、グランドレベルの電圧を出力するトランジスタ等のスイッチング素子とが電源に対して直列接続された回路が、各駆動信号Ｓｉｎ＋，Ｓｉｎ−，Ｃｏｓ＋，Ｃｏｓ−に対応してそれぞれ設けられている。この出力回路６３は、各スイッチング素子をともにオフ状態に駆動することで、出力ポートを開放（高インピーダンス）状態にすることができる。

帰零処理手段６４は、図示しないイグニッションスイッチがオフに操作されたとき、および図示しないイグニッションスイッチがオンに操作されたとき、ならびに、リセット状態から復帰したときに、指針４を零（基準）位置に復帰させる帰零処理を行なう。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と、誘起電圧検出回路７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４が零（基準）位置に復帰したと判定する帰零判定手段６６と、ステッピングモータ２の駆動電圧であるＶＤＤ電源電圧を検出する電圧検出手段６７と、しきい値可変手段６８とを有する。

電圧検出手段６７は、Ａ／Ｄ変換器を備え、ＶＤＤ電源電圧に対応するＶＤＤ電源電圧データを出力する。しきい値可変手段６８は、ＶＤＤ電源電圧対しきい値特性を格納したしきい値テーブルと、しきい値電圧を発生するためのＤ／Ａ変換器とを備える。しきい値可変手段６８は、検出されたＶＤＤ電源電圧に基づいてしきい値テーブルを参照して、そのＶＤＤ電源電圧に対応するしきい値電圧を算出し、算出したしきい値電圧をＤ／Ａ変換器を介して発生させる。

誘起電圧検出回路７は、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、誘起電圧としきい値可変手段６８から供給されるしきい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。この電圧比較器７２は、誘起電圧がしきい値電圧以上であるときはＨレベルを出力し、誘起電圧がしきい値電圧よりも低い場合はＬレベルを出力する。電圧比較器７２の２値出力は、帰零判定手段６６へ供給される。

なお、本実施例では電圧比較器７２を用いて誘起電圧がしきい値電圧以上であるか否かの判定を行なう構成を示したが、誘起電圧をＡ／Ｄ変換して得た誘起電圧データとしきい値電圧データとを比較する構成としてもよい。

帰零処理手段６４は、指針４を帰零方向へ回動させる帰零信号を駆動信号生成手段６２によって生成させ、出力回路６３を介して各相コイル２１，２２へ供給させる。そして、Ｃ相コイル２２に供給する信号Ｃｏｓ＋，Ｃｏｓ−がともにグランドレベルとなるときに、Ｃｏｓ＋信号を出力するポートを開放状態に制御し、その時の電圧比較器７２の２値出力に基づいて指針４が回動中であるか停止したかを判定する。指針４が停止したと（零位置に戻ったと）判定した場合は、帰零信号の出力を停止する。

図２はしきい値可変処理を含む帰零処理のフローチャート、図３はしきい値テーブルに格納されたＶＤＤ電源電圧対しきい値特性の一例を示すグラフである。帰零処理が開始されると、電圧検出手段６７によってＶＤＤ電源電圧が検出され（ステップＳ１）、しきい値可変手段６８によってＶＤＤ電源電圧に対応したしきい値電圧が設定される（ステップＳ２）。しきい値可変手段６８は、図３に示すＶＤＤ電源電圧対しきい値特性を格納したしきい値テーブルを参照して、ＶＤＤ電源電圧に対応したしきい値電圧を設定し、Ｄ／Ａ変換器を介して設定したしきい値電圧を出力する。

電圧比較器７２は、出力されたしきい値電圧と誘起電圧とを比較し、誘起電圧がしきい値電圧以上である場合にはＨレベルの出力を、誘起電圧がしきい値電圧よりも低い場合はＬレベルの出力を発生する（ステップＳ３）。帰零判定手段６６は、電圧比較器７２の出力がＬレベルの場合は、指針４が零（基準）位置に戻ったと判定し、帰零処理を停止する（ステップＳ４）。

図４は本実施例に係る指示計器の動作を示すタイミングチャートである。本実施例に係る指示計器は、しきい値を可変することで、ＣＰＵリセットから復帰後に帰零処理を行なうことが可能である。

本発明によれば、帰零位置を判定するためのしきい値をステッピングモータの駆動電圧に応じて可変することで、帰零判定を精度よく行なうことができ、駆動電圧が所定値以上に復帰する以前でも帰零処理を開始することができ、これにより応答性を改善することができるという効果を有し、車両用のスピードメータ等の指示計器に有用である。

本発明の実施例に係る指示計器の構成図しきい値可変処理を含む帰零処理のフローチャートしきい値テーブルに格納されたＶＤＤ電源電圧対しきい値特性の一例を示すグラフ本実施例に係る指示計器の動作を示すタイミングチャート従来の指示計器の回路構成図従来の指示計器の課題を示すタイミングチャート

符号の説明

１指示計器
２ステッピングモータ
３減速ギア機構
４指針
５ストッパ機構
６ＣＰＵ部
７誘起電圧検出回路
２１Ｓ相コイル（界磁巻線）
２２Ｃ相コイル（界磁巻線）
２３マグネットロータ
６２駆動信号生成手段
６３出力回路部
６４帰零処理手段
６５出力ポート開放制御手段
６６帰零判定手段
６７電圧検出手段
６８しきい値可変手段
７１フィルタ回路
７２電圧比較器

Claims

マグネットロータおよびこのマグネットロータを回転させるための少なくとも２つの界磁巻線を備えたステータを有するステッピングモータと、前記マグネットロータを回転させるための駆動信号を生成する駆動信号生成手段と、前記マグネットロータの回動に伴い指針を回動させるギア機構と、前記指針が帰零位置に戻ったとき指針の回動を停止するストッパ機構と、前記界磁巻線に帰零信号を供給して前記ステッピングモータを帰零方向へ駆動し、前記界磁巻線を非励磁にしたときにその界磁巻線に誘起される誘起電圧がしきい値以上である場合はマグネットロータが回動していると判断し、しきい値未満である場合はマグネットロータの回動が停止されたと判断する帰零処理手段とを備えた指示計器であって、
前記駆動信号の電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した電圧に基づいて前記しきい値を可変するしきい値可変手段とを備えることを特徴とする指示計器。