JP2817546B2 - ステップモータ式計器の原点復帰機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、測定量の変化を指針の
角度指示によって行うたとえば自動車用エンジン回転計
や速度計に好適な指示計器に関し、特に駆動源としてス
テップモータを使用したステップモータ式計器の指針の
原点復帰機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ステップモータ式計器におけ
る帰零方式すなわち指針の原点復帰方式には、電源スイ
ッチオフに伴ってステップモータを減少指示方向に回動
させ、原点位置の指針ストッパとの当接により原点への
復帰停止を行っており、たとえば特公昭６２−４６２号
や特開平３−３１７２２号に開示される方式が用いられ
ている。また、たとえば実開昭６４−２１５８号のよう
に電源スイッチのオフ時やオン時にステップモータを減
算回転させフルスケール分零戻しするとともに、原点位
置でのストッパ停止に伴い、たとえば原点位置に設置し
たホトセンサにて指針を検出しその位置を原点としてス
テップモータ駆動回路を原点リセットする初期動作を行
っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の帰零方式では、電源スイッチのオフに伴う帰零動作
として、オフ以降もステップモータを逆転駆動するため
のバックアップ電源方式が必要となるばかりでなく帰零
のための回路が必要となる。また、そうした帰零を電源
スイッチのオフ時には行わず、スイッチのオン時にフル
スケール分戻す初期設定動作を行わせると、計器が中高
指示領域で指示している際に電源スイッチをオフすると
その指示位置にて停止してしまい、電源再投入時の初期
設定まで指針が意味のない指示を行ってしまうという問
題がある。

【０００４】こうした電気的帰零方式に代えて、単純な
るひげばねによる帰零構造が考えられ、たとえば計器機
構以外の制御分野にて実公平３−１０，４０２号に開示
される原点復帰ばねを利用したものが提案されている
が、これを計器に利用する場合には、特に自動車用計器
として電源スイッチの繰り返しオンオフ操作が成される
ことがあり（たとえば、エンスト時のエンジン始動時や
走行中のガソリン節約を目的とした慣性走行等）、指針
が原点まで戻り切らない帰零途中で電源スイッチをオン
操作すると、その電源投入時点でステップモータ制御回
路が原点リセットさせるため、計器としての駆動原点が
指示範囲の不定部分となり、指示が不正確になるという
問題がある。

【０００５】本発明は、ひげばねによってステップモー
タ式計器の電源オフ時における原点復帰を行わせるとと
もに、ステップモータ制御回路の電源投入時におけるリ
セット動作が原点復帰する前に働かないようにすること
で、電源スイッチのオフオン操作のタイミングに関係な
く、電源オン時には必ず原点位置でのリセットが働き、
常に原点位置からの正確な指示を行えるようにすること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ひげばねによ
って原点復帰させるステップモータ式計器であって、計
器駆動回路への電源オフに伴うひげばねによる原点もし
くは原点付近までの復帰時間ＴＭを有する計器の所定指
示角からの復帰時間ＴＭとするとき、電源オフ後の少な
くとも指針復帰過程における電源オン時から少なくとも
復帰時間ＴＭ以上駆動回路への電源供給もしくは駆動回
路からステップモータへの信号供給を遅延させる遅延回
路を備えたことを特徴とする。

【０００７】

【作用】電源オン時から復帰時間ＴＭ以上の遅延を持た
せてステップモータを駆動可能とすることで、指示中に
電源スイッチをオフしてひげばねにより帰零させる途中
で電源をオンにしても、ステップモータは遅延回路によ
って原点復帰するまで作動せず、原点を指示基点とした
正確な指示を行う。

【０００８】

【実施例】図１において、指示計器１は周知の指針回動
式目盛読取り構成であり、ＰＭ型ステップモータ２の回
転出力軸３を目盛の施された文字板４の貫通孔から通
し、その先端に指針５を固着する。上記モータ２の回転
出力軸３は、その外端をモータケースに固着したひげば
ね６の内端と接続され、回転出力軸３を反時計回りに付
勢できるようにしている。

【０００９】ひげばね６による回転出力軸３の復帰位置
より先行する文字板３上の任意位置には指針ストッパ７
が立設され、指針５の回動基点を設定する。ひげばね６
の復帰トルクはステップモータ２のディテントトルクよ
り大きく、かつ励磁電流によるステップモータ２の駆動
トルクを損なわない程度に設定すればよいが、このひげ
ばね６の復帰トルクの大きさがそのまま指針５の復帰速
度につながるため、原点すなわち指針ストッパ７との当
接位置もしくはこの付近までの指針５の復帰時間Ｔは、
計器設計時の各部品の選択条件によって比較的容易にか
つ実験的に求めることができる。

【００１０】ステップモータ２はＰＭ型が制御し易く判
り易いが、その内部構造たとえばヨーク形状や磁石の極
数等は任意に選べばよく、このステップモータの駆動方
式も計器の指示特性の要求レベルによって自由に選択で
きる。すなわち、モータ内部のヨーク数つまり１回転当
りのステップ数を機械構造的に細かく設定するか、ある
いは内部に減速ギヤを備えて結果的に回転出力軸３の回
転を円滑にする構造の場合は、駆動信号系も単純なる矩
形パルスでの位相制御で行い得る。また、回転出力軸３
の回転をヨーク数による構造的ステップ数に限定されず
により円滑な動きとする回路処理、たとえば特開昭６１
−３９，８９９号にて開示されるいわゆるマイクロステ
ップ駆動によっても制御可能である。

【００１１】図１において、ステップモータ２内の２相
の励磁コイルに励磁信号を供給するための出力トランジ
スタ等からなる駆動回路８が設けられ、この駆動回路８
には、励磁コイルにマイクロステップ信号を供給するた
めの位相制御回路やアップダウンカウンタあるいはsin
波ＲＯＭ，cos 波ＲＯＭ等を備えた制御回路９が接続さ
れている。基本的動作としては、たとえばこれを自動車
の速度計として使用する場合、車速センサ10からの周波
数パルス信号を入力して、これを所定のゲート周期でカ
ウントし、あるいは高周波クロックの入力信号周期内カ
ウントを行って所定期間の車速データを求め、次の周期
での車速データとの増減比較を行ってその差分に対応し
たＲＯＭデータに基づきステップモータ２を駆動させる
ものである。

【００１２】上記ステップ駆動を実行するための制御回
路９および駆動回路８には電源11からの電源電圧が電源
スイッチ12を通して供給され、車速センサ10からの走行
速度に比例した周波数でのパルス信号により車速を検出
しステップモータ２を駆動して、指針５による文字板４
上の目盛対比で指示するものである。

【００１３】ここで、電源スイッチ12のオフ操作により
電源電圧がオフされると、制御回路９および駆動回路８
はその作動を停止しステップモータ２への通電制御も行
われなくなる。特に、制御回路９はその内部のカウンタ
を含むロジック回路が不定となることから電源再投入時
に初期リセットをかけ、動作を正常化するよう構成され
る。

【００１４】制御回路９をマイクロコンピュータにて構
成する場合は、電源スイッチ12のオフ操作を、コンデン
サ等の一時的なバックアップ電源による継続的作動維持
により判定して本発明の電源オン時の遅延制御を成し得
るが、ここではその作動を判り易くするために、制御回
路９はステップモータ２のステップ駆動にのみ機能する
ものとして説明する。

【００１５】すなわち、図２において電源スイッチ12の
負側には、電源電圧有無の状態を判別して電源スイッチ
12のオンオフ操作を検出する電源検出回路13が接続され
る。この電源検出回路13はトランジスタあるいはオペア
ンプによる単純な電圧比較回路で構成でき、電源オフ後
の判定動作にはコンデンサによるバックアップや電源16
への直接接続による供給を行う。

【００１６】電源検出回路13により、電源スイッチ12の
オフが検出されると、電源オフを示す信号が発生し、遅
延回路14に供給される。遅延回路14は、電源スイッチ12
からの制御回路９および駆動回路８への電源ラインに接
続され、電源スイッチ12のオン操作による電源電圧を一
定の時間の遅延をもって各回路８，９に供給するように
構成され、単純なるカウンタやコンデンサおよびトラン
ジスタやリレー等の組み合せにて構成できる。

【００１７】遅延回路14の遅延動作は、電源検出回路13
からの電源オフ検知信号の入力により起動し、たとえば
内部のクロックカウンタにて一定時間後に内部トランジ
スタをオンし、電源スイッチ12を通しての電源電圧を制
御回路９および駆動回路８に供給する。この遅延回路14
を上述したようにカウンタによるデジタル回路にて構成
するとともに、電源検出回路13をＡＤ変換回路たとえば
ラダー抵抗によりデジタル判定し得る構成とすれば、い
ずれも図１における制御回路９の内部に組込むことがで
きる。

【００１８】また、遅延回路14による遅延時間は、指示
計器１の用途やひげばね６の復帰力によって適宜定めれ
ばよく、自動車用速度計として使用する場合には、定常
使用速度領域たとえば60Km／H の指示位置から電源オフ
によるひげばね６での原点復帰、すなわち指針ストッパ
７に達するまでの復帰時間以上に設定すれば、少なくと
も一般走行道路における通常走行時にガソリン節約のた
めに電源スイッチ12をオフして慣性走行し、あるいはエ
ンストを起こして電源スイッチ12のオン操作を行ったと
しても、電源断の状態から指針５が原点まで復帰するま
では、遅延回路14によって制御回路９への電源電圧供給
がなされず、原点復帰後にはじめて供給され駆動可能と
なるため、常に原点をスタートとしたカウント処理がな
され、入力信号に応じた正しい指示が行われることとな
る。

【００１９】すなわち、電源オフに伴うひげばね６によ
る原点までの復帰時間をＴとするとき、少なくともその
計器１の通常の使用範囲の指示角からの復帰時間ＴＭ分
だけ遅延回路14によって電源電圧供給を遅らせることに
より、少なくとも通常の使用範囲における何らかの原因
による電源断およびその後の電源再投入に起因した計器
１の指示誤差、つまり指針５の原点までの復帰途中にお
ける再起動による指示原点のズレといった不具合を防止
することができる。

【００２０】また、上記遅延回路14における遅延時間
（時間ＴＭ以上）は、電源がオフとなる原因に基づい
て、それが指示計器１の最大振れ角範囲で起こり得る場
合には、最大振れ角にて電源オフしたときからのひげば
ね６による原点までの復帰時間以上とすればよく、使用
目的に応じて選定すればよい。

【００２１】さらに、上記実施例においては、遅延回路
14を電源スイッチ12と制御回路９および駆動回路８との
電源ラインに介在させる構成としたが、たとえば駆動回
路８からステップモータ２への励磁信号供給ラインある
いは制御回路９から駆動回路８への信号ラインに信号ゲ
ート回路を介在させ、このゲート回路を含んで一定時間
ステップモータ２への信号伝達を遅延させる遅延回路と
して構成することにより、同様に原点復帰完了後の計器
起動を行うことが可能である。

【００２２】すなわち、電源オフによるひげばね６での
復帰作動において、指針５が指針ストッパ７の原点まで
復帰する前に電源再投入がなされても、制御回路９での
カウント動作や分周動作が行われるだけでステップモー
タ２には信号が供給されず、遅延時間ＴＭ後にはじめて
ステップモータ２への励磁がなされるため、結果的には
原点を起点とした正しいステップ動作による正確な指示
が得られる。この場合、ステップモータ２の機械構造的
ステップ数すなわちヨークの数が少なければ、そのステ
ップ間隔でのマイクロステップ動作にて測定値までステ
ップ指示させることが容易であり、また、ヨーク数が多
く単純なる機械的なパルスステップにて行う構造の場合
は、制御回路９におけるステップモータ２への励磁時の
入力信号カウント値分を、比較による差算出処理を行う
ことなくそのままステップ数として供給するようにすれ
ばよい。なお、こうしたパルスステップ駆動の場合は回
転出力軸３と指針５とを減速ギヤにて連結する構造が好
ましい。

【００２３】また、電源オフ時からの遅延回路14による
遅延時間は、上記実施例のごとく指針ストッパ７の原点
位置までの復帰時間に基づく設定の他に、ステップモー
タ２のヨーク配置によって原点に至る前の原点付近まで
の復帰時間に基づくものとしてもよい。すなわち、ステ
ップモータ２のヨーク位置が文字板４上の指針ストッパ
７による指針５の原点位置と同期して配されるのが好ま
しいが、この場合指針５が原点を起点として制御回路９
にて起動されるに必要な起点の確保は、ステップモータ
２内の回転磁石の磁極が原点と同期した位置にあるヨー
クにて吸引される位置までの復帰回動があればよく、原
点との同期した位置のヨークとその上昇側の隣接したヨ
ークとの間の前者のヨークに近い位置までの復帰が達成
されれば、その直後たとえば完全に原点まで復帰しない
時点にての電源の再投入がなされても、ステップモータ
２の起点は原点となるため、電源オフ時からステップモ
ータ２が再励磁されるまでの遅延時間は電源オフ時から
指針５が原点もしくは原点付近まで復帰する復帰時間Ｔ
Ｍ以上を設定すればよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明になる原点復帰機構によれば、ス
テップモータ式計器における制御駆動回路への電源電圧
供給が何らかの原因でオフ状態となり、指針がひげばね
によって原点復帰する途中において再電源投入状態とな
ったとしても、ステップモータ特有のその位置を基点と
したステップ動作に移ることなく、常に計器の原点を起
点として起動することが可能となり、電源の不測の供給
断や再投入が生じても、計器指示に大きな誤差を発生す
ることなく、正確な指示を行うことができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的構成を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 指示計器 ２ ステップモータ ３ 回転出力軸 ４ 文字板 ５ 指針 ６ ひげばね ７ 指針ストッパ ８ 駆動回路 ９ 制御回路 10 車速センサ 11 電源 12 電源スイッチ 13 電源検出回路 14 遅延回路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力信号の増減に応じてステップモータ
   を双方向駆動する駆動回路と、ステップモータの出力軸
   に直接もしくは減速機構を介在して固着された指針とか
   ら成り、指針の回動角により入力信号の大きさを指示す
   るようにしたステップモータ式計器において、ステップ
   モータの出力軸とモータハウジング等の固定側にその両
   端を接続し、出力軸とともに指針の回動原点まで復帰さ
   せるひげばねと、計器駆動回路への電源オフに伴うひげ
   ばねによる原点もしくは原点付近までの復帰時間Ｔを有
   する計器の所定指示角からの復帰時間ＴＭとするとき、
   電源オフ後の少なくとも指針復帰過程における電源オン
   時から少なくとも復帰時間ＴＭ以上駆動回路への電源供
   給もしくは駆動回路からステップモータへの信号供給を
   遅延させる遅延回路を備えたことを特徴とするステップ
   モータ式計器の原点復帰機構。
2. 【請求項２】 上記所定指示角が計器の最大指示角であ
   って、電源オフ後の少なくとも指針復帰過程における電
   源オン時からの上記遅延時間を最大指示角からの復帰時
   間ＴＭ以上としたことを特徴とする請求項１記載のステ
   ップモータ式計器の原点復帰機構。
3. 【請求項３】 計器における指針の回動原点とステップ
   モータの励磁極の１つの配設位置をほぼ一致させるとと
   もに、指針上昇側の隣接する励磁極と上記原点側励磁極
   との中間角までの復帰時間ＴＭ以上駆動回路への電源供
   給もしくは駆動回路からステップモータへの信号供給を
   遅延させることを特徴とする請求項１記載のステップモ
   ータ式計器の原点復帰機構。