JP3106463B2 - 駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交差コイル式回転
マグネット型等からなる磁界ベクトル追従型計器やデジ
タル制御が容易で計器ムーブメントやレンズ位置制御に
用いられるステッピングモータのごとき制御部品におけ
る回転マグネットのような磁性体負荷の駆動装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一般にこの種の駆動装置は、計器ムーブ
メントの駆動軸端に固着した指針を入力信号に対応して
回動し、計測する測定量を表す数字や目盛を施した文字
板との対比判読にて測定指示する指示計器やカメラのレ
ンズ焦点自動制御部にて用いられ、特に、所謂ＰＭ型ス
テッピングモータが簡単な構成であり、磁性体からなる
動体負荷としてのロータマグネットやくし歯ヨークの改
良によって使い易くなっているため様々な用途に利用さ
れてきており、動体負荷であるロータマグネットをより
滑らかに駆動するための駆動方式が求められている。

【０００３】このような磁界制御方式の駆動装置にあっ
ては、処理回路のデジタル化（マイクロコンピュータに
よる制御）に対してパルス信号制御が容易であり、こう
したステッピングモータは、たとえば指針による文字板
目盛との対比読み取りを行なう指示計器のムーブメント
としても注目され、特開昭６１−１２９５７５号，特開
平１−２２３３１２号等にて開示されているように実用
化に向けての種々の提案がなされている。

【０００４】また、交差コイル式計器のようなコイル
（駆動磁界発生部）への通電電流に基づいた磁界ベクト
ル方向にマグネットロータを追従させて指示する指示計
器にあっても、前記ステッピングモータ駆動と同様にＳ
ＩＮ，ＣＯＳ波形の駆動信号を計測量に対応して記憶し
たメモリデータにて生成し、たとえばＰＷＭ変換にて通
電するようにしたデジタル制御方式の駆動が行われるよ
うになってきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
計器装置では前記速度計や回転計のように複数の指示計
器が同時に使用されるのが一般的であり、こうした計器
毎に処理回路を用意する場合には製品コストとの関係で
できるだけ安価な回路素子を用いる必要があり、それだ
け演算処理速度の遅い指示制御を余儀なくされていた。

【０００６】また、信号処理のデジタル化に伴って各指
示計器が独立に平行して処理されていた制御方式からマ
イクロコンピュータのごときデジタル処理回路によって
時分割処理がなされるようになってきており、各計器の
指示計測対象に対応した応答性によって演算処理周期が
割り振られ（速度計や回転計は早い周期、燃料計や温度
計は遅い周期）、駆動する指示計器の増加により演算処
理速度の高速な処理回路が必要とされてきている。

【０００７】しかしながら、製品コストとの関係で、高
価な処理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分
割駆動する場合には、ひとつの指示計器に割り振られる
演算処理周期の短縮に限界を生じ、たとえば、エンジン
回転数のように変化の激しい測定量に対応して指針を円
滑に回動させるに必要な駆動更新周期が１０ｍｓｅｃだ
として処理回路の演算処理周期の割り振り限界が２０ｍ
ｓｅｃしかとれないとすれば、指針は測定量の変化に対
して間欠的な動きしかできなくなり、指示計器としての
円滑な指示特性が得られない。

【０００８】たとえば、交差コイル式計器のような磁界
ベクトル追従型の指示計器にあっては、更新される指示
角データの更新周期が短く設定できないとすれば、測定
量の急な変化に対して更新される磁界ベクトルが大きな
角度変化し、これに追従するマグネットロータの回転も
間欠的に動作することになり、指針の指示動作も円滑な
回動を得ることができず、こうした間欠的動作をダンパ
ーオイルなどでの機械的制動によって吸収するようにし
ているが、逆に測定量の早い変化に対する追従性が大き
く損なわれるという問題がある。

【０００９】また、ステッピングモータは、くし歯ヨー
クの歯のピッチに対応したステップ動作を基本として、
駆動信号波形の補正によって円滑性を得るようにしてい
るが、測定量の変化に対して測定データ更新周期が大き
い場合はステッピングモータそのものへの駆動信号の変
化も大きくなり、測定量の変化が早いときにはそうした
指針の間欠的動きも指針の早い動きによって比較的目立
たないが、ステッピングモータ自体の応答性が優れてい
ることから逆に測定量の変化が緩やかな場合にはそうし
たデータの大きな変化がただちに指針の間欠的動作とな
って確認され、指示計器としての円滑な指示特性が得ら
れないという問題を有している。

【００１０】本発明は、測定データを演算処理し指示角
信号に変換出力する処理回路の変換処理能力すなわち変
換処理周期が、測定量の変化に対する指示計器のロータ
マグネットのごとき動体負荷の円滑な動作を得るに十分
短くとれない場合にも、充分な円滑駆動をできるように
することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

【００１２】本発明は、磁性体からなる動体負荷をＳＩ
Ｎ波形およびＣＯＳ波形の磁界変化にて駆動する駆動装
置であって、前記動体負荷にＳＩＮ波形およびＣＯＳ波
形にて変化する磁界を与えて駆動する駆動磁界発生部
と、この駆動磁界発生部にて前記磁界を発生させるよう
駆動波形信号を供給する駆動回路部とからなり、前記駆
動回路部は、前記動体負荷を駆動する駆動磁界の変化を
生成するための前記駆動波形信号の更新周期をＴとする
とともにＳＩＮ波形とＣＯＳ波形の各信号の更新タイミ
ングをＴ／２だけ異ならせたことを特徴とする。

【００１３】また本発明は、磁性体からなる動体負荷を
駆動磁界発生部によりＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形にて
変化する磁界を与えて駆動する駆動装置であって、前記
駆動磁界発生部にて前記磁界を発生させるよう駆動波形
信号を供給する駆動回路部を備え、前記駆動回路部は、
外部からの入力信号に応じて前記駆動磁界発生部にて前
記磁界を発生させるよう前記入力信号変化に対応してＳ
ＩＮ波形およびＣＯＳ波形にて変化する駆動データを所
定の更新周期で生成する制御部と、この制御部から出力
されるＳＩＮデータもしくはＣＯＳデータのいずれか一
方に前記所定の更新周期ＴのＴ／２の時間だけ遅延を加
えて転送する遅延回路と、前記ＳＩＮデータおよびＣＯ
Ｓデータに基づいてＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形の駆動
電圧変化を呈するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ回路とか
ら構成されることを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】駆動磁界発生部としてのステッピ
ングモータ式計器１０のコイル１１，１２にて磁界を発
生させるようＳＩＮ，ＣＯＳ波形の駆動信号を供給する
駆動回路部９を備え、前記駆動回路部９は、外部からの
入力信号に応じて前記駆動磁界発生部にて前記磁界を発
生させるよう前記入力信号変化に対応してＳＩＮ波形お
よびＣＯＳ波形にて変化する駆動データを所定の更新周
期で生成する制御部７と、この制御部７から出力される
ＳＩＮデータもしくはＣＯＳデータのいずれか一方に前
記所定の更新周期以下の時間だけ遅延を加えて転送する
遅延回路６とからなり、この遅延回路６によってＳＩ
Ｎ，ＣＯＳ駆動信号に更新周期Ｔに対してＴ／２だけ更
新タイミングをずらすことによって指針１４の指示角更
新周期が短縮され円滑性が向上する。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の基本的構成を示すもので、
計器ムーブメントとしてステッピングモータを使用した
車輌用の速度計を例にして説明すると、測定量である走
行速度に比例した周波数信号が入力端子１から入力され
ると、車両の所定の箇所（速度センサーに近い箇所や計
器装置内）に配置した計数回路２において入力信号の立
上がりや立下がりを検出してこれを所定のゲートタイム
にてカウント（ゲートタイム方式）するかもしくは別の
高周波クロック信号を入力信号にてカウント（周期測定
方式）し、刻々と変化する走行速度を２進数計数値とし
て算出する。

【００１６】前記計数回路２にて求められた測定量は、
処理回路３にて所定の更新周期Ｔで２進パラレルデータ
あるいは２進シリアルデータ形式でのデジタル信号Ｄ
（データアドレス信号に相当）に変換され、ＳＩＮデー
タとＣＯＳデータを記憶したメモリ４に供給される。

【００１７】メモリ４は、ＳＩＮＲＯＭ４１とＣＯＳＲ
ＯＭ４２とを有し、デジタルデータＤの変化に対応した
アドレスにＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形にて変化する駆
動データを記憶しており、動体負荷の駆動条件に応じて
そのデータ分解能を設定している。

【００１８】たとえば、駆動スピードがゆっくりな動体
負荷の場合は移動量にして０．１ｍｍ単位，回転量にし
て０．１度のように密にデータ設定（全体のデータ量は
多くなる）し、駆動スピードが早い場合は粗にデータ設
定（全体のデータ量は少なくて済む）するが、ＳＩＮデ
ータとＣＯＳデータとは９０度位相が異なるだけで波形
そのものは同じであり、さらに４５度の象限で波形が展
開されるだけでもあるため、記憶データとしては４５度
分の波形データを有して角度により反転やデータ展開す
ることでデータ量を少なくすることもできる。

【００１９】前記更新周期Ｔ毎に出力されるデジタルデ
ータＤによってアドレス指定され、メモリ４の該当する
アドレスデータが読み出されると、各ＳＩＮデータとＣ
ＯＳデータはラッチ回路５１，５２にて次の更新出力ま
でデータを保持する。

【００２０】ラッチ回路５２から出力されるＣＯＳデー
タは、遅延回路６によって更新周期Ｔの１／２だけデー
タの転送を遅延され、結果としてデジタルデータＤ示さ
れた信号は、ＳＩＮデータが更新周期Ｔと同期したラッ
チ回路５１の更新タイミングにて転送されるのに対し
て、ＣＯＳデータは同じ更新周期ＴであってもＴ／２だ
け遅延されてずれた更新タイミングにて転送されること
になる。

【００２１】以上の回路にて制御部７が構成され、外部
からの入力信号を処理してデータ更新周期Ｔの１／２だ
け更新出力タイミングをずらしたＳＩＮデータとＣＯＳ
データとを得るものである。

【００２２】こうして制御部７にて生成出力された更新
タイミングのずれたＳＩＮデータとＣＯＳデータとは、
各々ＰＷＭ回路８１，８２に転送され、続いてＰＷＭ回
路８１，８２がこの転送タイミングにてＰＷＭ信号に変
換出力する。このＰＷＭ信号は、転送されてきたＳＩＮ
データとＣＯＳデータを同等のＳＩＮおよびＣＯＳ波形
にて変化する駆動電圧信号である。

【００２３】前記制御部７とＰＷＭ回路８１，８２を含
んで駆動回路部９が構成され、この駆動回路部９から出
力されるＴ／２周期だけ更新タイミングのずれた更新制
御にてＳＩＮ駆動信号とＣＯＳ駆動信号がステッピング
モータ式計器１０に供給される。

【００２４】ステッピングモータ式計器１０は、駆動磁
界発生部としての２相の励磁コイルであるＳＩＮコイル
１１とＣＯＳコイル１２、動体負荷としてのロータマグ
ネット１３、ロータマグネット１３に連結されて図示し
ない文字板の目盛を指示する指針１４とから構成されて
おり、コイル１１，１２およびロータマグネット１３に
て構成されるステッピングモータ本体はＰＭ型にて２相
のコイル体とヨークの積層構成となっている。

【００２５】また、制御部７のメモリ４へのＳＩＮデー
タおよびＣＯＳデータの記憶は、測定量に対応したデジ
タルデータＤのＭＩＮからＭＡＸまでの前指示領域に対
応して所望の分解能を得るためのデータ数を持たせ、た
とえば指示角０度（ＭＩＮ）から３６０度（ＭＡＸ）に
対して０．５度単位のデータを記憶させておき、デジタ
ルデータＤに対応したアドレスに記憶したＳＩＮデータ
およびＣＯＳデータを同様の更新周期Ｔで読み出すもの
である。

【００２６】なお制御部７におけるＳＩＮデータおよび
ＣＯＳデータの生成方法については、前記メモリ４内へ
の特性データの記憶構成の他にも単純に所定の演算式を
用いた演算出力構成やデコーダ構成とすることもでき
る。

【００２７】駆動回路部９において生成されたＰＷＭ信
号はＳＩＮ波形とＣＯＳ波形の電圧信号としてステッピ
ングモータ式計器１０におけるステッピングモータの２
相の励磁コイルであるＳＩＮコイル１１とＣＯＳコイル
１２に加えられるが、この電圧信号出力はＳＩＮ，ＣＯ
Ｓを６０度毎に出力するたとえば図２に示すような信号
波形にて変化する。

【００２８】ステッピングモータを駆動する信号波形は
そのくし歯ヨークの歯数やピッチによって任意の２相信
号を設定でき、３６０度の全指示角度に対応した全駆動
波形のデータをメモリ４に記憶させておくこともできる
が、ここでは、ステッピングモータ式計器１０のステッ
ピングモータ駆動信号として３６０度を１／６した６０
度分のデータをメモリ４に用意し、このデータを各角度
領域に展開使用する方式でメモリ容量を軽減する構成を
とっている。

【００２９】すなわち、ステッピングモータ式計器１０
の指針１４（連結したロータマグネット１３）の回動角
３６０度に対して２相式励磁コイルであるＳＩＮコイル
１１とＣＯＳコイル１２に加える駆動信号の電圧波形
は、図２に示すごとく、６０度の角度内で略ＳＩＮ，Ｃ
ＯＳ波形の変化を呈し、この電圧波形にて各６０度の全
角度領域ａ〜ｆに展開する。この展開処理はデジタルデ
ータＤの指示領域に対応した指示角データθによって判
定すればよく、メモリ４には６０度を５１２分割した分
解能のデータ（０度に対するθ０から６０度に対するθ
60まで６０／５１２度の角度差でデータを記憶）を記憶
させておき、デジタルデータＤに対応してこのデータを
読み出すとともに指示角領域ｂ〜ｆのデジタルデータＤ
に対しては、各指示領域の判定とともに、その判定領域
内におけるデータをメモリ４から読み出し、その判定領
域との組み合わせで指示計器としての指示位置を求める
ことができる。

【００３０】これについては、ステッピングモータはそ
のくし歯ヨークの歯が図２の各指示領域に少なくとも一
組づつ配置されていれば、ロータマグネット１３の磁極
位置はその領域内での励磁位置に移動するだけであるた
め、駆動信号が各指示領域にて異なるということではな
く、デジタルデータＤに基づく指示領域の判定により、
メモリ４から読み出すデータを読み出せばよいというこ
とであり、たとえばデジタルデータＤが指示角１５０度
に相当するとすれば、指示領域はｃと判定し、この領域
内での３０度相当のデータをメモリ４から読み出すこと
によって、駆動信号としては図２に示したようになる。

【００３１】ここで、図２に示した駆動波形は、ステッ
ピングモータのくし歯ヨークのくし歯ピッチで決定する
機械的ステップ動作を所謂マイクロステップ駆動によっ
て円滑な動作を得るための典型的な近似波形であり、実
際にはＳＩＮ，ＣＯＳ波形はデジタル的な微細階段波形
となっており、そのマイクロステップのピッチは指示計
器にて指示する測定量の変化速度すなわち指針の角速度
と処理回路の処理能力にて設定される。

【００３２】ここで、本発明になる駆動信号供給制御
は、図２にて示した波形のＳＩＮ駆動信号とＣＯＳ駆動
信号との更新周期Ｔにおいて、各更新タイミングをＴ／
２だけずらすことに特徴を有するものである。

【００３３】つまり、従来ＳＩＮ，ＣＯＳ波形の４５度
付近での駆動出力データがたとえば更新周期Ｔ＝３．９
msecにて同時に更新されているとすれば、その出力デー
タに基づくＰＷＭ駆動電圧出力によって制御される指針
１４（ロータマグネット１３）の指示角も更新周期Ｔ＝
３．９msecと同期して更新されることになり、ＳＩＮ，
ＣＯＳデータと指示角（出力角）の関係を示した図３に
示すように、ＳＩＮ，ＣＯＳデータの更新周期と全く同
一の更新周期Ｔ＝３．９msecにて指針１４の指示角も更
新されるものであるが、本発明によれば、ＳＩＮ，ＣＯ
Ｓ駆動信号の出力更新タイミングに更新周期Ｔに対して
Ｔ／２だけずらすことによって、４５度付近の特性を抽
出した図４に示すように、制御される指針１４の指示角
（出力角）更新が半分の２msecになり、結果として指示
分解能が２倍に向上し、指示動作の円滑性を格段に向上
させることができる。

【００３４】

【００３５】また、ずらし処理についても遅延回路６に
よっての信号転送タイミングの遅延で行っているが、た
とえばＰＷＭ回路８１，８２のような最終出力回路にお
いてその出力タイミングを制御してもよいし、あるいは
メモリ４におけるＳＩＮデータとＣＯＳデータの読み出
しタイミングを制御してもよい。

【００３６】さらに、本発明の駆動装置の適用実施例と
してステッピングモータを使った指示計器の例につき説
明したが、指示計器としては同様にロータマグネットを
用いてＳＩＮ，ＣＯＳ波形にて制御する交差コイル式計
器であってもよく、また弁の開閉制御や焦点距離制御の
ようにステッピングモータを用いた回転もしくは直線移
動制御に用いてもよく、要は磁性体からなる動体負荷を
ＳＩＮ，ＣＯＳ波形の駆動信号にて作動制御する場合
の、次回の磁気ベクトルを更新するタイミングをＳＩ
Ｎ，ＣＯＳにて基本更新周期より短い時間だけ相互にず
らして出力することで、ダンパーオイルのような機械的
制動を行うことなく、円滑な動体負荷の動きを得ること
が可能となる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明になる駆動装置に
よれば、指示計器にて適用した場合、測定量をデジタル
データＤとして入力し動体負荷を更新駆動する更新周期
Ｔにては円滑な動きの得られなかったものが、ＳＩＮ，
ＣＯＳ出力の基本更新周期Ｔに対してＴ／２だけ更新タ
イミングを相互にずらすことにより基本回路で設定され
る基本更新周期に何ら変更を与えることなくきわめて滑
らかな指示特性を得ることができ、視覚的に不自然さの
ない円滑な指針動作の指示計器を得ることができた。

【００３８】従って、製品コストとの関係で、高価な処
理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分割駆動
する際のひとつの指示計器に割り振られる演算処理周期
の短縮に限界を生じる場合、たとえば、エンジン回転数
のように変化の激しい測定量に対応して指針を円滑に回
動させるに必要な駆動更新周期に対して処理回路の演算
処理周期の割り振りが追従できず、指針が測定量の変化
に対して間欠的な動きしかできない場合にも、指示計器
としての円滑な指示特性を得ることができる。

【００３９】このように、ロータマグネットのような磁
性体からなる動体負荷をＳＩＮ，ＣＯＳ波形の駆動信号
にて回転もしくは直線移動制御する駆動に用いて、円滑
な動体負荷の動きを得ることが可能となり、種々の負荷
制御に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】本発明の指示計器の一つであるステッピングモ
ータ駆動信号波形の一例を示す駆動波形図である。

【図３】本発明の駆動波形の出力特性を説明するための
従来装置における特性説明図である。

【図４】本発明の駆動波形の出力特性を説明する特性説
明図である。

【符号の説明】

１ 入力端子 ２ 計数回路 ３ 処理回路 ４ メモリ ４１ ＳＩＮＲＯＭ ４２ ＣＯＳＲＯＭ ５１、５２ ラッチ回路 ６ 遅延回路 ７ 制御部 ８１、 ８２ ＰＷＭ回路 ９ 駆動回路部 １０ ステッピングモータ式計器 １１ ＳＩＮコイル １２ ＣＯＳコイル １３ ロータマグネット １４ 指針

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁性体からなる動体負荷をＳＩＮ波形お
   よびＣＯＳ波形の磁界変化にて駆動する駆動装置であっ
   て、前記動体負荷にＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形にて変
   化する磁界を与えて駆動する駆動磁界発生部と、この駆
   動磁界発生部にて前記磁界を発生させるよう駆動波形信
   号を供給する駆動回路部とからなり、前記駆動回路部
   は、前記動体負荷を駆動する駆動磁界の変化を生成する
   ための前記駆動波形信号の更新周期をＴとするとともに
   ＳＩＮ波形とＣＯＳ波形の各信号の更新タイミングをＴ
   ／２だけ異ならせたことを特徴とする駆動装置。
2. 【請求項２】 磁性体からなる動体負荷を駆動磁界発生
   部によりＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形にて変化する磁界
   を与えて駆動する駆動装置であって、前記駆動磁界発生
   部にて前記磁界を発生させるよう駆動波形信号を供給す
   る駆動回路部を備え、前記駆動回路部は、外部からの入
   力信号に応じて前記駆動磁界発生部にて前記磁界を発生
   させるよう前記入力信号変化に対応してＳＩＮ波形およ
   びＣＯＳ波形にて変化する駆動データを所定の更新周期
   Ｔで生成する制御部と、この制御部から出力されるＳＩ
   ＮデータもしくはＣＯＳデータのいずれか一方に前記所
   定の更新周期ＴのＴ／２の時間だけ遅延を加えて転送す
   る遅延回路と、前記ＳＩＮデータおよびＣＯＳデータに
   基づいてＳＩＮ波形およびＣＯＳ波形の駆動電圧変化を
   呈するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ回路とから構成され
   ることを特徴とする駆動装置。