JP6348869B2 - 計器の駆動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、計器、例えば車両用速度計、回転計その他の計器等に使用される指針を制御する駆動制御装置に関する。

特許文献１の段落００２１には、「細かいステップ動作を行わなくとも指針の脈動を発生させずにスイ―プ動作をさせることが可能となり、運転者に違和感を与えないスイ―プ動作を得ることができ、また交差コイル型計器における商品性、デザイン性を向上させることが可能となる。」と記載されている。また段落０００３には「スイ―プ動作は、イグニッションスイッチＯＮ後、速度計や回転計等の交差コイル型計器の指針を初期状態からフルスケール動作させた後、初期状態に再び戻すといったスイープ動作をさせることで、商品性，デザイン性の向上を図ることが考えられている。」と記載され、段落０００４に「交差コイル型計器を通常時に動作させる前記駆動処理部からの駆動トルクによりスイープ動作させると、駆動トルクが大きいため、電気指示角（ステップ動作）に対し前記指針がオーバーシュートしてしまい指針の動作に脈動が生じ、運転者に違和感を与えてしまうと言った問題点があった。」と記載されている。

特開平９−１４５７４２号公報

近年の車両用計器では、上記のような交差コイルに換わり、ステッピングモータが使われている。車両用計器に使われるステッピングモータは、通常動作において、指針の加速度性、耐振動性等を満たすために、スイ―プ動作時の定速期間の動摩擦トルクに比べて大きなトルクが要求される。
スイ―プ動作は加速期間、減速期間および定速期間から成る。スイ―プ動作の定速期間にモータを通常動作時と同じトルクで駆動すると過大トルクになることからスムーズ性が悪化し、指針の動作に脈動が発生しやすくなり、運転者に違和感を与えてしまう。また、定速期間においてモータを、自身の振動共振点（共振周波数）の近傍速度で駆動した場合にはさらに脈動が顕著になる傾向が有る。

そこで、本発明は、スイ―プ動作において、運転者や操作者などに指針の動きで違和感を与えない計器の駆動制御装置を提供することを課題とする。

前記した課題を解決するため、本発明は、回転軸に設けられて零位置から最大目盛位置までのいずれかを指し示す指針を回転させるステッピングモータを駆動して、前記回転軸に設けた前記指針を前記零位置から前記最大目盛位置まで振らせた後に、前記零位置に再び戻すスイープ動作を実行可能な計器の駆動制御装置である。前記駆動制御装置は、前記スイープ動作において、第１期間にＣＷ回転の定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力してＣＷ回転の所定速度まで加速させたのち、第２期間に前記ＣＷ回転の定格トルク信号より小さいＣＷ回転の減トルク信号を前記ステッピングモータに出力して前記ＣＷ回転の所定速度で回転駆動させ、第３期間にＣＣＷ回転の定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力して減速させて停止させたのち、ＣＣＷ回転の所定速度まで加速させ、第４期間に前記ＣＣＷ回転の定格トルク信号より小さいＣＣＷ回転の減トルク信号を前記ステッピングモータに出力して前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動させ、第５期間に定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力して指針を減速させて停止させる。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、スイ―プ動作において、運転者や操作者などに指針の動きで違和感を与えない計器の駆動制御装置を提供することが可能となる。

車両用計器の一例を示す外観図である。 車両用計器の駆動制御装置を示す概略の構成図である。 スイープ動作を説明する図である。 本実施形態における減電圧の波形図である。 回転むらと減電圧の電圧比率との関係を示すグラフ（計算値）である。 車両用計器の駆動制御において脈動が発生する原因の説明図である。 ステッピングモータにおいて脈動が発生する原因を説明するグラフ（計算値）である。 ステッピングモータにおいて脈動が発生する原因を説明するグラフ（計算値）である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図１は、車両用計器１０の一例を示す外観図である。
車両用計器１０は略円形のタコメータの例を示しており、計器盤１５の中央部に設けられた回転軸１４と、この回転軸１４に設けられた指針１３とを含んで構成される。指針１３は、後記するモータ１２０により、零位置１１から最大目盛位置１２までのいずれかの位置を指し示すことができる。なお、図１の矢印は、指針１３のスイ―プ動作の方向を示している。
車両のイグニションスイッチがＯＦＦされているとき、車両用計器１０の指針１３は、零位置１１を指し示している。車両のイグニションスイッチがＯＮされると共に、指針１３は、最大目盛位置１２を指し示すように回転し、そののち零位置１１に戻る。これをスイープ動作という。スイープ動作については、後記する図３で詳細に説明する。このスイープ動作は、あくまで模擬的な動作であり、指針が示す位置とエンジン実回転速度との関係は無い。

図２は、この車両用計器１０の指針を回転駆動させる駆動制御装置１００を示す概略の構成図である。
駆動制御装置１００は、上位制御部１３０により制御されて、このモータ１２０を駆動し、よって車両用計器１０の指針１３を回転させ、常に適切なエンジン回転速度を示す位置を差し示すことによって、運転者はエンジンの実回転速度を認識することができる。

上位制御部１３０は、エンジン回転速度信号により現在のエンジン（不図示）の回転速度を検知して、この回転速度を車両用計器１０の指針１３が指し示すように、モータ１２０の回転位置を制御する。更に上位制御部１３０は、イグニションＯＮ／ＯＦＦ信号により、車両のイグニションスイッチがＯＮされたことを検知したならば、駆動制御装置１００に対して、モータ１２０をスイ―プ動作させる指示信号を出力する。

駆動制御装置１００は、Ｈブリッジ回路２０Ｘ，２０Ｙを備えており、上位制御部１３０の指示信号に基づいて、Ｈブリッジ回路２０Ｘから駆動電圧Ｖｂを出力すると共に、Ｈブリッジ回路２０Ｙから駆動電圧Ｖａを出力して、モータ１２０の動作目的に応じたモータ駆動方式を、適宜選択して駆動する。なお、計器として指針指示分解能が必要な場合には、該分解能を保証できるまで電気的に細分割したマイクロステップ駆動で駆動する必要がある。
駆動制御装置１００は、上位制御部１３０からモータ１２０を通常動作させる位置指令信号が入力されると、モータ１２０を指定位置まで回転させる駆動電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。また駆動制御装置１００は、モータ１２０をスイープ動作させる指示信号が入力されると、モータ１２０をスイープ動作させる駆動電圧Ｖａ，Ｖｂを出力する。

モータ１２０は、バイポーラ型２相ステッピングモータであり、永久磁石を有し回動自在に設けられた回転子のロータ１２６と、このロータ１２６と径方向に微小エアーギャップを介して、該ロータ１２６の周囲の周回方向４等分位置に設けられた固定子とを有している。これらの固定子は、Ｂ相の固定子１２２ＸＰ，１２２ＸＮと、Ａ相の固定子１２２ＹＰ，１２２ＹＮとからなる。これらの固定子には各々巻線が巻回されている。固定子１２２ＹＰ，１２２ＹＮに巻回された巻線は直列に接続されており、両巻線を合わせて「コイル１２４Ｙ」（Ａ相コイル）という。同様に、固定子１２２ＸＰ，１２２ＸＮに巻回された巻線は直列に接続されており、両巻線を合わせて「コイル１２４Ｘ」（Ｂ相コイル）という。図２では明確に示されていないが、固定子１２２ＹＰと固定子１２２ＹＮは磁気回路で結合されており、この磁気回路は、Ａ相コイル１２４ＹにＡ相電流が流れると、このＡ相方向の磁界が加算される様に構成されている。また固定子１２２ＸＰと固定子１２２ＸＮも、同様に磁気回路で結合されており、この磁気回路は、Ｂ相コイル１２４ＸにＢ相電流が流れると、このＢ相方向の磁界が加算される様に構成されている。このモータ１２０の回転により、指針１３（図１参照）は所定の位置を指し示すように回転し、必要によりこの位置に停止させることができる。

＜マイクロステップ駆動によるモータ１２０の駆動方法＞
図６（ａ），（ｂ）は、車両用計器１０の駆動制御において脈動が発生する原因の説明図である。
図６（ａ）は、モータ１２０の回転の説明図である。
図６（ａ）では、モータ１２０の電気角を、便宜上ロータ１２６の位置で表わし、その回転方向を示している。なお、図２記載のモータ１２０ではロータ磁極数が２極なので、その機械角と電気角は等しい。
位置Ｂ０は固定子１２２ＸＮが設けられた方向に対応する位置を、位置／Ｂ０は固定子１２２ＸＰが設けられた方向に対応する位置を示している。位置Ａ０は固定子１２２ＹＮが設けられた理想の方向を、位置／Ａ０は固定子１２２ＹＰが設けられた理想の方向を示している。実際に、固定子１２２ＹＮは、位置Ａ０とはリニアリティエラーδ（静止角度誤差）だけずれた位置Ａ１に設けられている。固定子１２２ＹＰは、位置／Ａ０とはリニアリティエラーδだけずれた位置／Ａ１に設けられている。固定子１２２ＹＮの取付位置Ａ１並びに、固定子１２２ＹＰの取付位置／Ａ１は意図してずらすことを意味しているのではなくして、製造の中で許された量のずれであることを意味している。なお、ストッパ１２７は、固定子側にあるピンであり、静的には、ロータ１２６が／Ｂ０で励磁されたとき、このストッパ１２７と回転子側の壁（図示せず）が丁度接する様に規制する部材である。
電源オフ時にモータ１２０は位置／Ｂ０であり、指針１３（図１参照）は零位置１１を指し示す。モータ１２０の機械的動作範囲は、位置／Ｂ０から位置Ａ０→位置Ｂ０→位置／Ａ０→位置／Ｂ０直前でストッパ１２７に到達する直前までの間をＣＷ方向（ClockWise：時計回り方向）に回転可能である。一方、スイープ動作にて指針１３は、零位置１１から最大目盛位置１２まで移動し、その後モータ１２０は、再び位置／Ｂ０に戻るようにＣＣＷ方向（Counter ClockWise：反時計回り方向）に回転し、指針１３も再び零位置１１に戻る。なお、最大目盛位置１２は車両計器の設計事項であり、一定では無い。

図５（ｂ）は、Ｈブリッジ回路２０Ｘ，２０Ｙが出力する各駆動電圧Ｖｂ，Ｖａの波形を示し、縦軸は電圧値であり、横軸は位相である。
駆動電圧Ｖａ，Ｖｂは、位相が９０度ずれた正弦波になる。理想的には、９０度ずれた角度において、駆動電圧Ｖａは最大となり、固定子１２２ＹＮ，１２２ＹＰで作る磁力も最大となり、ロータ１２６のトルクは所定値を保つ。しかし、実際には固定子１２２ＹＮの位置Ａ１と、固定子１２２ＹＰの位置／Ａ１とがリニアリティエラーδだけずれているので、ロータ１２６に加わるトルクは、この回転周波数の２倍で脈動（図７（ｂ）参照）する。また、指針１３を逆転動作させる為には、モータ１２０に加えるＡ相、Ｂ相の相順を変えればよい。すなわち、図６（ｂ）はＡ相が、Ｂ相より９０度進んだ状態であり、この状態で仮にＣＷ回転するとするならば、ＣＣＷ回転をさせるためには、Ａ相をＢ相に対して９０度遅らせればよいことになる。

＜モータ１２０の駆動において、脈動が発生する原因＞
脈動が発生する一番大きな原因は、図６（ａ）に示したモータ１２０のリニアリティエラーδ（静止角度精度）である。リニアリティエラーδは、駆動電圧に対して、ステッピングモータの実際の回転角が理想の回転角から何度ずれが生じるかを数値化したものである。すなわち、理論角度指示値と実際の角度指示値の差表すものと考えてよい。
ステッピングモータは、車両用計器として駆動させる場合には、通常、十分に正弦波形と見なせるマイクロステップ駆動電圧によって励磁される（図６（ｂ）参照）ことによりスティフネストルク特性（θ‐Ｔ特性）が歪みのない正弦波になるのが普通である。２相のステッピングモータは、位相差が電気角９０°であり、かつ同一振幅の駆動電圧を与えると、エアーギャップ中に一定速度の回転磁界が形成される。ステッピングモータの定速運転時にて、磁石でできた回転子であるロータ１２６は、或る意味で、該回転磁界に同期して回転する、一種の同期モータと考えることが出来る。

例えば、図６（ｂ）に示すように駆動電圧Ｖａ，Ｖｂが電気角０°から電気角９０°に至るまで入力されると、ロータ１２６は、前記回転磁界には磁気的に吸引された状態で、位置／Ｂ０から位置Ａ０まで一定の速度で回動（連れ回り）する。すなわち、リニアリティエラーδが０の場合には前記回転磁界は脈動しない。結果して、トルクは一定となり（脈動を持たずに）、モータ１２０は脈動しない。
しかしながら、ステッピングモータ１２０が持っている構造的要因によって、リニアリティエラーδがある場合、出力トルクは脈動を持つ。
このとき、駆動電圧が電気角０°〜９０°に至るまで入力されると、モータ１２０は位置／Ｂ０から位置Ａ０まで変速しながら回動し、モータ１２０は脈動する。

更に、電流波形がインダクタンスや逆起電圧の影響で正弦波に対して歪んだような形状になると、スティフネストルク特性（θ‐Ｔ特性）も正弦波から歪み、これもモータ１２０が脈動する要因となる。
モータ１２０の構造的要因によるリニアリティエラーδの原因は、以下のようなものがある。
図７（ａ）〜（ｃ）と、図８（ａ），（ｂ）とは、ステッピングモータにおいて脈動が発生する原因を説明するグラフである。各グラフの縦軸はステッピングモータの発生トルクを示し、横軸は回転角度を示している。なお、これらグラフはこれら物理的情報を入れて計算して出したグラフである。
凡例の「トルクＡ相」は、モータ１２０のコイル１２４Ｘ（Ａ相）から発生するトルクであり、スティフネストルク特性とＡ相コイルに流れる瞬時電流の積を示している。凡例の「トルクＢ相」は、モータ１２０のコイル１２４Ｙ（Ｂ相）から発生するトルクであり、スティフネストルク特性とＢ相コイルに流れる瞬時電流の積をを示している。凡例の「出力トルク」は、モータ１２０の出力トルク特性を示している。図７（ａ）〜（ｃ）と、図８（ａ）において、不図示のコギングトルクは考慮しておらず、計算上ゼロとしている。なお、ここでの議論は、Ａ相、Ｂ相コイルに流れる電流波形は、実質的には駆動電圧波形に等しく、電流波形に歪は無いものとして計算している。

図７（ａ）は、出力トルクが脈動しない理想例を示している。
この波形図で示すように、トルクＡ相とトルクＢ相は共に平均値が該正弦波の最大値だけプラス側にシフトした形で、その振幅値は等しい。かつ駆動電圧の２倍の周波数をもち、各々のトルクの位相差は電気角１８０°である。このとき、モータ１２０の出力トルク（トルクＡ相＋トルクＢ相）は所定の一定値を維持する。いうならば、これは以下の式（１）で示される状態である。ここでsinθは図６（ｂ）のＡ相の駆動電圧Ｖａに相当し、cosθはＢ相の駆動電圧Ｖｂに相当する。

図７（ｂ）は、トルクＡ相とトルクＢ相との電気角ずれによる場合を示す図である。
この波形図で示すように、トルクＡ相とトルクＢ相の振幅は等しいが、これらの位相差は電気角１８０°からずれている。このとき出力トルクは脈動する。

図７（ｃ）は、トルクＡ相とトルクＢ相との振幅の不一致による場合を示す図である。
この波形図で示すように、トルクＡ相とトルクＢ相の位相差は電気角１８０°であるが、これらの振幅は相違している。このとき出力トルクは脈動する。

図８（ａ）は、例えば、ヨーク（磁気回路）の磁気的飽和により、スティフネストルク特性（θ‐Ｔ特性）が歪んでいる場合を示す図である。
ヨーク（磁気回路）の磁気的な飽和により、トルクＡ相・トルクＢ相の位相や波形の歪みが発生する。ここでは磁気飽和によってスティフネストルクの上半端が下半端より大きくなる。

図８（ｂ）は、例えば、コギングトルクによってスティフネストルク特性（θ‐Ｔ特性）自体が正弦波から歪んでいる場合を示す図である。
コギングトルクは、ロータ１２６表面の磁束密度分布やロータ１２６とステータの極歯形状および、その他の部品の加工精度が原因により発生する無励磁状態でのステータとロータ１２６（磁石）の間に作用する磁気的なトルクである。これが問題となるのは、ロータ１２６が回転すると変動することである。このロータ１２６の位置により変わる成分を外乱としてみることができる。この外乱はモータ発生トルクに重畳され、トルク変動を引き起こす要因となる。

＜解決方法＞
図３は、本実施形態におけるスイープ動作を示す図である。
スイープ動作は、時刻ｔ０〜ｔ６までの一連の動作を含んでいる。なお、回転速度は、ＣＷ回転のときに正、ＣＣＷ回転のときに負として定義している。なお、ここでは詳述しないが、このスイープ動作の前に、指針１３を確実に零位置１１に持ってこさせる為の指針リセット動作を実行させる必要がある。ステッピングモータでは、通電前の指針位置は確定することはできない。しかし、このリセット動作によりスイープ動作直前の指針１３が何処に停止していたとしてもスイープ直前の位置を確実に零位置１１に停止させることができる。
（第１回目の加速期間）
時刻ｔ０において、指針１３が零位置１１を示している。このときモータ１２０は、ＣＷ回転を開始して所定速度まで加速する。この加速期間のモータ印加電圧は、定格電圧（定格トルク信号）である。

（第１回目の定速期間）
時刻ｔ１において、モータ１２０を所定速度まで加速すると、その後はモータ１２０を定速で回転させ、指針１３を定速で回転させる。この定速期間のモータ印加電圧は、定格電圧よりも低い減電圧（減トルク信号）である。ここでモータ１２０に印加する減電圧は、モータ１２０のスルー領域（slew range）であることが好ましい。

（第１回目の減速期間）
時刻ｔ２において、モータ１２０は、指針１３が最大目盛位置１２で停止するように減速する。ここで指針１３の最大目盛位置１２からの行き過ぎ量（オーバーシュート量）をできるだけ少なくすることが望ましい。この減速期間のモータ印加電圧は、定格電圧である。

（第２回目の加速期間）
時刻ｔ３において、指針１３が最大目盛位置１２を示し、かつ停止している。このときモータ１２０は、ＣＣＷ回転を開始して所定速度まで加速する。この加速期間のモータ印加電圧は、定格電圧（定格トルク信号）である。

（第２回目の定速期間）
時刻ｔ４において、モータ１２０を所定速度（ＣＣＷ回転）まで加速すると、その後はモータ１２０を定速で回転させ、指針１３を定速で回転させる。この定速期間のモータ印加電圧は、定格電圧よりも低い減電圧（減トルク信号）である。ここでモータ１２０に印加する減電圧は、モータ１２０のスルー領域（slew range）であることが好ましい。

（第２回目の減速期間）
時刻ｔ５において、モータ１２０は、指針１３が零位置１１で停止するように減速する。このときのモータ印加電圧は、定格電圧である。そして時刻ｔ６において、モータ１２０が停止し、指針１３は、零位置１１に停止する。これにより、一連のスイープ動作が終了する。

駆動制御装置１００は、モータ１２０の駆動電圧Ｖａ，Ｖｂを定格電圧より電圧値が小さい減電圧にすることで、各相に発生するスティフネストルク特性のトルクを小さくして、出力トルクのトルク変動の絶対値を小さくする。これにより、モータ１２０の脈動を低減する。

ここで、定格電圧よりも小さい減電圧の生成方法には、以下の２つの方法が考えられる。
第１の方法は、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅をアナログ的に定格電圧よりも小さくする方法である。第２の方法は、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂをパルス変調する方法である。ここでは、第２の方法について図４と図５を参照しつつ説明する。

図４は、本実施形態における減電圧の波形図である。グラフの縦軸は駆動電圧を示し、横軸は時間を示している。
駆動電圧Ｖａは、振幅Ｖ１の第１の正弦波と、第１の正弦波と同位相の振幅Ｖ２の第２の正弦波とを、電気角１．０度ごとに交互に切り替えたＶ１とＶ２のＤｕｔｙ５０％のパルス変調信号であり、そのＯＮ期間（振幅Ｖ１の正弦波の期間）は定格電圧と同じ瞬時値であり、ＯＦＦ期間（振幅Ｖ２の正弦波の期間）は定格電圧の所定割合となる波形である。駆動電圧Ｖｂも、振幅Ｖ１の第３の正弦波と、第３の正弦波と同位相の振幅Ｖ２の第４正弦波とを、電気角１．０度ごとに交互に切り替えたＶ１とＶ２のＤｕｔｙ５０％のパルス変調信号であり、そのＯＮ期間（振幅Ｖ１の正弦波の期間）は定格電圧と同じ瞬時値であり、ＯＦＦ期間（振幅Ｖ２の正弦波の期間）は定格電圧の所定割合となる波形である。第１の正弦波と第３の正弦波とは、位相が９０°ずれている。第２の正弦波と第４の正弦波とは、位相が９０°ずれている。
ここで振幅Ｖ１の正弦波はモータ１２０の定格電圧に相当し、振幅Ｖ２は、この振幅Ｖ１の５０％である。なお、振幅Ｖ１と振幅Ｖ２とを等しくしたときには、定格電圧による駆動となる。

駆動電圧Ｖａ，Ｖｂともに電圧の立ち上がりのゼロクロスは、振幅Ｖ２の正弦波から振幅Ｖ１の正弦波への切り替えタイミングと一致している。更に、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂともに電圧の立ち下がりのゼロクロスは、振幅Ｖ２の正弦波から振幅Ｖ１の正弦波への切り替えタイミングと一致している。このようなパルス変調信号を、「同期化信号」という。このように制御することで、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂのゼロクロス付近の立ち上がり波形と立ち下がり波形とが電圧０Ｖを中心線とした対称形となるので、トルクの外乱を最小化することができる。

駆動制御装置１００がスイープ動作において、ステッピングモータ１２０を定速で回転駆動する際に印加する減電圧は、ステッピングモータ１２０の電気角の所定範囲において定格電圧を所定比率だけ減じた信号である。振幅Ｖ１の正弦波；１００に対する振幅Ｖ２の正弦波の比率；ηは、−１００を超えて＋１００以下の範囲で設定され、指針１３の仕様と指針１３の動作速度により最適値を設定することが好ましい。なお、ηが負とは、例えば第１と第２の正弦波の位相差が電気角で９０度であるが、これが−９０度になることであり、第１と第２の正弦波によるトルクが逆向きである場合を想定している。つまり、ηが負の場合には、振幅Ｖ２の正弦波の時に逆転（ブレーキ）トルクを発生する事を意味する。

ηが正の場合には、駆動電圧Ｖａを振幅Ｖ１の正弦波に切り替えているとき、駆動電圧Ｖｂも振幅Ｖ１の正弦波に切り替えている。駆動電圧Ｖａを振幅Ｖ２の正弦波に切り替えているとき、駆動電圧Ｖｂも振幅Ｖ２の正弦波に切り替えている。このように、Ａ相とＢ相の駆動電圧の振幅が同一の電気角で切り替わるので、回転磁界の大きさは小さくなるが、該磁界の位置は変わらない。よって、この切り替わりポイントで意図的に回転子の加減速が期待できる。

この駆動電圧をパルス変調する周波数ｆ（Ｈｚ）、つまりＯＮ／ＯＦＦを１サイクルとした時の周波数は、指針１３の慣性を含めたこのモータ１２０の共振周波数よりも高くかつ５０Ｈｚよりも高く、かつ２００Ｈｚよりも低く設定されている。ここで、駆動電圧Ｖａ，Ｖｂの振幅をアナログ的に小さくしたときには、モータ１２０の共振周波数に起因する速度外乱が発生する。この共振周波数が５０Ｈｚ以下のときには、この外乱は、人間に視認されるおそれがある。しかし、この駆動電圧を共振周波数よりも高く、かつ５０Ｈｚよりも高い周波数でパルス変調することにより、指針１３およびモータ１２０の速度外乱の周波数を、例えば、５０Ｈｚよりも高い範囲にシフトすることが出来れば、人間が指針１３の速度外乱を視認できないようにすることができる。人間は、一般的に、５０Ｈｚよりも高い周波数の視覚情報は認識できないためである。

なお、ＯＮ／ＯＦＦの周波数ｆが２００Ｈｚを超える場合には、指針１３の速度外乱を人間が視認しないが、今度は人間の耳にＯＮ／ＯＦＦによる耳障りな電磁音が聞こえるおそれがある。よって、このＯＮ／ＯＦＦの周波数ｆは、５０Ｈｚよりも高く、かつ２００Ｈｚよりも低く設定するとよい。こうした条件を満たす様に設定すると、人間が指針１３の振動を視認できず、かつモータ１２０の電磁音が耳障りとならず好適である。つまり、この方法によれば、指針の物理的な脈動そのものは存在するが、人間の視覚特性と合せると、該脈動は低減された様に視認される効果が期待できる。

具体的には、図４（ＯＮ；電気角９．０ｄｅｇ、ＯＦＦ；電気角９．０ｄｅｇ）に示した例で、かつ回転子磁極対数が９ペアの場合、ＯＮ／ＯＦＦの周波数ｆを５０Ｈｚよりも高くするには、指針１３の速度範囲を、２００ｄｅｇ／ｓよりも高くするとよい。ＯＮ／ＯＦＦの周波数ｆを２００Ｈｚよりも低くするには、指針１３の速度範囲を、８００ｄｅｇ／ｓよりも低くするとよい。ＯＮ／ＯＦＦの周波数範囲を５０から２００Ｈｚを広く維持する為の手法として、指針１３の速度に応じて、例えば、指針１３の速度が速い場合にはＯＮ／ＯＦＦの電気角を広く規定し、逆に、指針１３の速度が遅い場合にはＯＮ／ＯＦＦの電気角を狭く規定することで、柔軟に対応することができる。

図５は、回転むらと減電圧の電圧比率との関係を示すグラフの一つで、計算値で求めたものである。
このグラフは、リニアリティエラーのあるモータ１２０（δ＝０．５５５°）を基準にして、振幅Ｖ１と振幅Ｖ２との電圧比率ｘを変化させた場合の回転むらを物理計算式化して計算したものである。グラフの縦軸は回転むらを百分率で示し、横軸は振幅Ｖ１と振幅Ｖ２との電圧比率ｘを百分率で示している。なお、パルス変調周期は、モータ１２０の駆動電圧の周波数を１０倍した周波数に設定した。つまり、ＯＮの電気角が４．５ｄｅｇであり、ＯＦＦの電気角が４．５ｄｅｇである。

振幅Ｖ１と振幅Ｖ２との電圧比率ｘが１００％における回転むらの値を１００％とする。
振幅Ｖ１と振幅Ｖ２との電圧比率ｘを５０％に下げた減電圧のとき、回転むらは約６０％に減少する。更に電圧比率ｘを０％に下げた減電圧のとき、回転むらは約５０％に減少する。このときの駆動電圧の実効値は、定格電圧の７０．７％である。アナログ的に電圧を下げる場合には、駆動電圧の振幅を定格電圧に対して、７０．７％の大きさに設定すれば同様の効果が期待できることが想定できる。

本実施形態の駆動制御装置１００は、スイ―プ動作時において、加速期間と減速期間の間はモータ１２０に定格電圧を入力して駆動し、定速期間の間はモータ１２０に定格電圧よりも小さい減電圧をモータ１２０に入力して駆動する。この方式により、スイ―プ動作時の指針１３の動作の脈動の発生を抑制でき、運転者に違和感を与えないようにすることができる。

本実施形態の駆動制御装置１００は、定速期間において過度なトルク発生を回避できることから、モータ１２０がもつリニアリティエラーなどに基づくモータ１２０のトルクリップルを抑制することができる。これにより、指針１３の動作に脈動が発生するのを抑制することができる。

本実施形態の駆動制御装置１００は、定速期間において過度なトルク発生を回避できる。これにより、指針１３の動作に脈動が発生するのを抑制することができる。指針１３の脈動を抑制できることから、モータ１２０がもつリニアリティエラーの許容値を大きくすることができる。すなわち、モータ１２０の製造工程において、リニアリティエラーの許容範囲を大きくすることができることから、モータ１２０の生産の歩留まりを改善することができる。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能であり、例えば、次の（ａ）〜（ｅ）のようなものがある。
（ａ） 上記実施形態は、積層型２相ステッピングモータのマイクロステップ駆動をベースに記述しているが、クローポール型のステッピングモータにも同様に適用できる。また、そのロータ磁極数は２極に固定されるものではなく、その相数は２相に限定されない。

（ｂ） 上記実施形態は、電圧制御によるマイクロステップ駆動をベースに記述しているが、電流制御であっても構わない。その場合は、定速期間において、モータを通常動作時より小さい減電流で駆動させればよい。また、その電流波形を正弦波とすることで、トルク波形を電圧駆動時よりも更に均一化することができる。
（ｃ） 上記実施形態において、パルス変調方式やパルス周期やＤｕｔｙは、一例であって限定されない。
（ｄ） 上記実施形態では車両用の回転計で説明しているが、本発明の駆動制御装置は、車両用速度計その他の計器等に適用可能である。

（ｅ） 上記実施形態は、減電圧を、ステッピングモータの電気角の全範囲の定格電圧の瞬時値を所定比率だけ均等にアナログ的に定格電圧より小さくする方法、またはパルス変調する方法によって定格電圧より小さくしている。しかし、これに限られず、駆動制御装置は、ステッピングモータの電気角の所定の範囲だけを、アナログ的方法やパルス変調を用いて駆動電圧の繰り返し毎に規則性を持って電圧の瞬時値を小さくすることによって減電圧を生成してもよい。例えば、電気角が４５〜１３５度の区間と２２５〜３１５度の区間の瞬時値を小さくする方法である。すなわち、駆動制御装置は、ステッピングモータの電気角の所定範囲において定格電圧を所定比率だけ小さくする方法で減電圧を生成してもよい。これにより、磁気飽和等の様に、規則的に正弦波状から歪む事により生じるトルク等のトルクの脈動や、規則的に発生する外乱等の影響を受けやすい部分のみを回避して、好適にモータを回転駆動できる。

１０ 車両用計器
１１ 零位置
１２ 最大目盛位置
１３ 指針
１４ 回転軸
２０Ｙ Ｈブリッジ回路
２０Ｘ Ｈブリッジ回路
１００ 駆動制御装置
１２０ モータ
１２２ＸＰ，１２２ＸＮ，１２２ＹＰ，１２２ＹＮ 固定子
１２４Ｙ，１２４Ｘ コイル
１２６ ロータ
１３０ 上位制御部

Claims (9)

1. 回転軸に設けられて零位置から最大目盛位置までのいずれかを指し示す指針を回転させるステッピングモータを駆動して、前記回転軸に設けた前記指針を前記零位置から前記最大目盛位置まで振らせた後に、前記零位置に再び戻すスイープ動作を実行可能な計器の駆動制御装置であって、
   前記駆動制御装置は、前記スイープ動作において、第１期間にＣＷ回転の定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力してＣＷ回転の所定速度まで加速させたのち、第２期間に前記ＣＷ回転の定格トルク信号より小さいＣＷ回転の減トルク信号を前記ステッピングモータに出力して前記ＣＷ回転の所定速度で回転駆動させ、第３期間にＣＣＷ回転の定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力して減速させて停止させたのち、ＣＣＷ回転の所定速度まで加速させ、第４期間に前記ＣＣＷ回転の定格トルク信号より小さいＣＣＷ回転の減トルク信号を前記ステッピングモータに出力して前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動させ、第５期間に定格トルク信号を前記ステッピングモータに出力して指針を減速させて停止させる、
   ことを特徴とする計器の駆動制御装置。
2. 前記駆動制御装置が前記スイープ動作において前記ステッピングモータを前記ＣＷ回転の所定速度または前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動する際に印加する前記減トルク信号は、前記指針の慣性を含めた前記ステッピングモータの共振周波数および５０Ｈｚよりも高く、かつ２００Ｈｚよりも低い変調周波数のパルス変調信号である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計器の駆動制御装置。
3. 前記駆動制御装置が前記スイープ動作において前記ステッピングモータを前記ＣＷ回転の所定速度または前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動する際に印加する前記減トルク信号であるパルス変調信号は、正弦波状の前記定格トルク信号と当該定格トルク信号の所定比率の信号とが交互に繰り返す信号である、
   ことを特徴とする請求項２に記載の計器の駆動制御装置。
4. 前記パルス変調信号の立ち上がりのゼロクロスは、前記定格トルク信号と当該定格トルク信号の所定比率の信号のうち一方から他方への切り替えタイミングと一致し、前記パルス変調信号の立ち下がりのゼロクロスは、前記定格トルク信号と当該定格トルク信号の所定比率の信号のうち他方から一方への切り替えタイミングと一致する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の計器の駆動制御装置。
5. 前記パルス変調信号は、前記定格トルク信号のディーティと前記定格トルク信号の所定比率の信号のディーティとが共に５０％ずつである、
   ことを特徴とする請求項４に記載の計器の駆動制御装置。
6. 前記駆動制御装置が前記スイープ動作において前記ステッピングモータを前記ＣＷ回転の所定速度または前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動する際に印加する前記減トルク信号は、前記定格トルク信号よりも小さいアナログ信号である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計器の駆動制御装置。
7. 前記駆動制御装置が前記スイープ動作において前記ステッピングモータを前記ＣＷ回転の所定速度または前記ＣＣＷ回転の所定速度で回転駆動する際に印加する前記減トルク信号は、前記ステッピングモータの電気角の所定範囲において前記定格トルク信号を所定比率だけ減じた信号である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計器の駆動制御装置。
8. 前記減トルク信号は、電圧信号または電流信号である、
   ことを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれか１項に記載の計器の駆動制御装置。
9. 前記駆動制御装置は、前記スイープ動作において、前記ステッピングモータを前記ＣＷ回転の所定速度まで加速させたのち前記ＣＷ回転の所定速度で駆動させ、更に前記指針が前記最大目盛位置で停止するように前記ステッピングモータを前記定格トルク信号で減速する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の計器の駆動制御装置。

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