JP4866320B2 - 指針型表示器のモータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶の船速などを表示する指針型表示器に用いられるモータ制御装置に関するものである。

従来より、入力データに基づいて指針位置データを算出するとともに、表示画面において指針位置データに対応する位置に指針画像を表示させるアナログ式表示装置があった（例えば特許文献１参照）。このアナログ式表示装置は、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換されたデジタル信号を元に指針位置データを算出する制御部とを備え、画面上には制御部で算出した指針位置データに対応する位置に指針画像が表示されるようになっている。このアナログ式表示装置では、入力データに対して一次遅れ系または二次遅れ系の応答を示すように指針位置データを算出しているため、入力データが急激に変化した場合でも画面上に表示される指針画像を滑らかに動かすことができるが、この表示装置は指針画像を画面上に表示させたものであり、機械式のアナログ式表示装置（所謂、アナログメータ）ではなかった。

一方、機械式のアナログ式表示装置として、自動車の車速などの計測量を数字によるデジタル表示と、指針によるアナログ表示とで表示するデジタル・アナログ表示装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。このデジタル・アナログ表示装置は、蛍光表示管やＬＣＤなどで構成された３桁の７セグメントデバイスにより数字表示を行うデジタル表示器と、パルスモータにより指針を回動させることで目盛りを指示表示するアナログ表示器とを備えている。デジタル表示器は、計測データに応じて数字表示が更新され、アナログ表示器は、デジタル表示器と同じ計測データを演算処理することによって、デジタル表示器の数字表示に対応する目盛りを指示表示させており、アナログ表示器の指針の指示表示をデジタル表示器の数字表示に一致させることができる。
特開２００４−２７１３４３号公報（段落［００１１］−段落［００２２］、及び、第１図−第２図） 特開平６−１２９８７７号公報（段落［００１２］−段落［００１４］、段落［００３７］−段落［００４２］、及び、第１図−第２図）

上述の前者の特許文献１に示したアナログ式表示装置は、入力データが急激に変化した場合でも画面上に表示される指針画像を滑らかに動かすことができるものではあるが、入力データが取り込まれる所定の周期をかけて指針画像を動かしたものではないので、指針画像が移動と停止を繰り返すような動きとなり、指針がスムーズに動いているように見えないという問題があった。

また、後者の特許文献２に示したデジタル・アナログ表示装置では、表示更新時間毎に計測データが取り込まれ、この計測データに基づいて指針を回転させることになるが、指針を回転させる際には次の計測データは不明であるため指針をモータの最大速度で回転させた場合、次の計測データが取り込まれる前に目標指示位置に到達してしまう。その結果、指針が回転と停止を繰り返すような動きとなってしまい、指針がスムーズに動いているように見えないという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とするところは、機械式のアナログ式表示器に用いられ、指針を滑らかに移動させることによって見た目に違和感のない指針型表示器を実現するモータ制御装置を提供することにある。

請求項１の発明は、指針を移動させるためのモータと、モータを駆動するモータ駆動部と、指針位置を決定するデータを所定時間毎に受信するデータ受信部と、データ受信部が受信したデータに基づいてモータ駆動部を制御するモータ駆動制御部とを備え、モータ駆動制御部は、所定時間毎に順次入力されるデータをデータ受信部が複数受信すると、受信した複数のデータのうち少なくとも最初に受信したデータと最後に受信したデータから指針の移動量を算出するとともに、最初のデータを受信してから最後のデータを受信するまでの時間を指針の移動時間に設定し、移動時間で移動量だけ指針を連続的に移動させるための移動速度を算出し、指針が移動速度で移動するようにモータ駆動部を制御することを特徴とする。

請求項１の発明によれば、データ受信部が複数のデータを受信する毎に、モータ駆動制御部が算出した移動速度で、上記移動時間をかけて現在の指針位置から目標の指針位置まで指針を移動させているので、従来例のように指針が移動と停止を繰り返すような動きにはならず、指針を滑らかに移動させることができ、したがって見た目に違和感のない指針型表示器を実現するモータ制御装置を提供することができるという効果がある。

（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態のモータ制御装置１は、例えば風向、風速、船速、水深又は船首方位などの情報を検出するセンサから入力される検出データに基づいて、指針によりアナログ表示する船舶用の指針型表示器に用いられる。尚、用途は船舶用に限定されるものではない。

モータ制御装置１は、図１に示すように、出力軸（図示せず）に取り付けられた指針４（図２参照）を正転又は逆転させるモータ１３と、モータ１３を駆動するためのモータ駆動部１２と、所定時間（以下、周期という。）毎にセンサ３から出力されるデータＤａを受信するデータ受信部１０と、データ受信部１０が受信したデータＤａに基づいてモータ駆動部１２を制御するモータ駆動制御部１１とを備えている。尚、本実施形態では、１周期を１００ｍｓ（図３参照）に設定している。

データ受信部１０は、センサ３から出力されたデータＤａをモータ駆動制御部１１に取り込むためのインターフェース回路であって、本実施形態では、例えばＣＡＮ通信規格に準拠したＮＭＥＡ２０００インターフェースを用いている。ここにおいて、ＣＡＮ通信規格とは、車両通信用の国際規格であって、同一の通信ラインで複数の電子制御ユニット間のデータ通信が行えるものであり、ＮＭＥＡ２０００とは、このＣＡＮ通信規格に準拠した船舶電子機器のネットワーク規格である。したがって、このＮＭＥＡ２０００に対応したセンサであれば、本実施形態の指針型表示器に接続が可能である。

モータ駆動制御部１１は、例えばマイクロコンピュータなどで構成され、データ受信部１０が複数（本実施形態では２個）のデータＤａを受信する毎に、受信した２個のデータＤａに基づいて指針４の回転量（移動量）を算出するとともに、１個目（最初）のデータＤａを受信してから２個目（最後）のデータＤａを受信するまでの時間を指針４の移動時間に設定し、さらにこの移動時間で上記回転量だけ指針４を回転させるための回転速度を算出し、これらの移動時間、回転量及び回転速度に応じてパルス信号を出力する。例えば、図３中の０ｍｓから１００ｍｓの１周期では、現在の指針４の位置ａのデータＤａと、指針４の目標位置ｂのデータＤａに基づいて上記回転量及び回転速度が算出される。尚、本実施形態では、移動時間は１００ｍｓに設定されている。

モータ駆動部１２は、例えばドライバ回路であって、モータ駆動制御部１１から出力されたパルス信号に応じて、例えばステッピングモータからなるモータ１３にパルス電力を供給する。

上述したデータ受信部１０、モータ駆動制御部１１、モータ駆動部１２及びモータ１３は、それぞれケース２内に収納される。このケース２は、図２（ａ）に示すように略矩形箱状に形成され、ケース２の前面側には、目盛り５を有しモータ１３の出力軸に適宜の取付手段により取り付けられた指針４を回転させることでセンサ３からの検出データを指示表示する略円形のアナログ表示部２０が設けられている。また、アナログ表示部２０の下部には、複数（本実施形態では４個）の機能スイッチ６が設けられている。

ここで、本実施形態のモータ制御装置１を用いた指針型表示器の動作について従来例と比較して説明する。図３は、時間経過に伴う指針４の位置を示したグラフであり、実線Ａは本実施形態のモータ制御装置１により制御される指針４の軌跡を示し、一点鎖線Ｂは従来例のモータ制御装置により制御される指針４の軌跡を示している。また、二点鎖線Ｃは、モータ１３の最大回転速度を示している。

まず従来例の指針型表示器では、目標位置ｂのデータ入力時（図３中の時刻０ｍｓの時点）に、モータ１３を最大回転速度で回転させているため、指針４は時刻ｔ１（０ｍｓ＜ｔ１＜１００ｍｓ）の時点で位置ａから目標位置ｂに到達し、時刻ｔ１から時刻１００ｍｓの区間では指針４は止まっている。次に目標位置ｃのデータ入力時（図３中の時刻１００ｍｓの時点）においても、同様にモータ１３を最大回転速度で回転させているため、指針４は時刻ｔ２（１００ｍｓ＜ｔ２＜２００ｍｓ）の時点で位置ｂから目標位置ｃに到達し、時刻ｔ２から時刻２００ｍｓの区間では指針４は止まっている。さらに目標位置ｄのデータ入力時（図３中の時刻２００ｍｓの時点）においても、同様にモータ１３を最大回転速度で回転させているため、指針４は時刻ｔ３（２００ｍｓ＜ｔ３＜３００ｍｓ）の時点で位置ｃから目標位置ｄに到達し、時刻ｔ３から時刻３００ｍｓの区間では指針４は止まっている。また目標位置ｅのデータ入力時（図３中の時刻３００ｍｓの時点）においても、同様にモータ１３を最大回転速度で回転させているため、指針４は時刻ｔ４（３００ｍｓ＜ｔ４＜４００ｍｓ）の時点で位置ｄから目標位置ｅに到達し、時刻ｔ４から時刻４００ｍｓの区間では指針４は止まっている。このように、従来例の指針型表示器では、指針４が回転と停止を繰り返すような動きになっており、見た目に違和感が生じる。

一方、本実施形態の指針型表示器では、目標位置ｂのデータＤａの入力時（図３中の時刻０ｍｓの時点）に、データ受信部１０が受信した現在の指針４の位置ａのデータＤａと、指針４の目標位置ｂのデータＤａから指針４の回転量を算出するとともに、データ受信部１０が位置ａのデータＤａを受信してから目標位置ｂのデータＤａを受信するまでの時間（本実施形態では１周期）を移動時間に設定し、さらに当該移動時間で上記回転量だけ移動させる回転速度を算出し、図３中の実線Ａに示すように、算出した回転速度で上記移動時間をかけて位置ａから目標位置ｂまで回転させている。次に目標位置ｃのデータＤａの入力時（図３中の時刻１００ｍｓの時点）では、同様にデータ受信部１０が受信した現在の指針４の位置ｂのデータＤａと指針４の目標位置ｃのデータＤａから指針４の回転量を算出するとともに、データ受信部１０が位置ｂのデータＤａを受信してから目標位置ｃのデータＤａを受信するまでの時間を移動時間に設定し、さらに当該移動時間で上記回転量だけ移動させる回転速度を算出し、図３中の実線Ａに示すように、算出した回転速度で上記移動時間をかけて位置ｂから目標位置ｃまで回転させている。さらに目標位置ｄのデータＤａの入力時（図３中の時刻２００ｍｓの時点）では、同様にデータ受信部１０が受信した現在の指針４の位置ｃのデータＤａと指針４の目標位置ｄのデータＤａから指針４の回転量を算出するとともに、データ受信部１０が位置ｃのデータＤａを受信してから目標位置ｄのデータＤａを受信するまでの時間を移動時間に設定し、さらに当該移動時間で上記回転量だけ移動させる回転速度を算出し、図３中の実線Ａに示すように、算出した回転速度で上記移動時間をかけて位置ｃから目標位置ｄまで回転させている。また目標位置ｅのデータＤａの入力時（図３中の時刻３００ｍｓの時点）では、同様にデータ受信部１０が受信した現在の指針４の位置ｄのデータＤａと指針４の目標位置ｅのデータＤａから指針４の回転量を算出するとともに、データ受信部１０が位置ｄのデータＤａを受信してから目標位置ｅのデータＤａを受信するまでの時間を移動時間に設定し、さらに当該移動時間で上記回転量だけ移動させる回転速度を算出し、図３中の実線Ａに示すように、算出した回転速度で上記移動時間をかけて位置ｄから目標位置ｅまで回転させている。

このように、本実施形態の指針型表示器では、データ受信部１０が２個のデータＤａを受信する毎に、受信した２個のデータＤａに基づいて回転速度を求め、求めた回転速度で上記移動時間をかけて指針４を回転させているので、従来例のように指針４が回転と停止を繰り返すような動きにはならず、指針４を滑らかに回転させることができるため、見た目に違和感のない指針型表示器のモータ制御装置１を提供することができる。

尚、第１の実施形態では、モータ駆動制御部１１が演算処理を行うタイミングを、データ受信部１０がデータＤａを受信するタイミングに同期させているが、演算処理を行うタイミングは第１の実施形態に限定されるものではなく、演算処理に用いる最後のデータＤａを受信してから次のデータＤａが受信されるまでに行えばよい。また、モータ駆動制御部１１が演算処理に用いるデータＤａの数は第１の実施形態のように２個又は３個に限定されるものではなく、４個以上であってもよい。

さらに、第１の実施形態では、モータ１３としてステッピングモータを用いた場合を例に説明したが、例えばクロスコイル式モータなどであってもよい。

また、第１の実施形態では、機械式のアナログ表示部２０のみを備えた指針型表示器（図２（ａ）参照）を例に説明したが、機械式のアナログ表示部を備えていればよく、図２（ｂ）に示すように指針によるアナログ表示部２０と数字によるデジタル表示部７の両方を備えた指針型表示器であってもよい。さらに、指針型表示器は回転式のものに限定されるものではなく、例えば指針を直線的に往復移動させるような指針型表示器であってもよい。

また、第１の実施形態では、受信した複数のデータＤａのうち、最初と最後のデータＤａから指針４の移動量を算出するとともに、最初のデータＤａを受信してから最後のデータＤａを受信するまでの時間から指針４の移動時間を算出しているが、例えば極大値や極小値、変化量の最大値といった特徴的な値を複数のデータＤａの中から抽出し、この抽出した値に基づいて指針４の移動量や移動時間を算出してもよい。

第１の実施形態のモータ制御装置のブロック図である。 （ａ）、（ｂ）は同上を用いた指針型表示器の外観図である。 同上の動作を説明する説明図である。

符号の説明

１ モータ制御装置
４ 指針
１０ データ受信部
１１ モータ駆動制御部
１２ モータ駆動部
１３ モータ
Ｄａ データ

Claims (1)

1. 指針を移動させるためのモータと、前記モータを駆動するモータ駆動部と、指針位置を決定するデータを所定時間毎に受信するデータ受信部と、前記データ受信部が受信した前記データに基づいて前記モータ駆動部を制御するモータ駆動制御部とを備え、
   前記モータ駆動制御部は、所定時間毎に順次入力される前記データを前記データ受信部が複数受信すると、受信した複数の前記データのうち少なくとも最初に受信した前記データと最後に受信した前記データから前記指針の移動量を算出するとともに、最初の前記データを受信してから最後の前記データを受信するまでの時間を前記指針の移動時間に設定し、前記移動時間で前記移動量だけ前記指針を連続的に移動させるための移動速度を算出し、前記指針が前記移動速度で移動するように前記モータ駆動部を制御することを特徴とする指針型表示器のモータ制御装置。

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