JPS6216381B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は磁界を形成するための直交した２つの
コイルと磁界によつて角度方位が決定される針と
を持つたゲージを駆動する。 電子回路を用いて広角度の電気ゲージを駆動す
るために、自動車の速度のような入力量に応じて
正弦及び余弦波形を発生してこれによつて２つの
ゲージコイルを駆動し、ゲージ針の正確な位置決
めを行う方法は公知である。このシステムでは正
弦波形及び余弦波形のために別々の関数発生器を
必要とする。回路の経済性を上げるために比較的
簡単な回路を用いて正弦関数の近似値を発生し、
比較的正確なシステムを構成する方法も知られて
いる。 本発明においては、入力量に応動して入力量に
比例した信号を発生するための回路を含み、磁界
を形成するための直交した２つのコイルと該磁界
によつて角度方位が決定される針とを持ち入力量
の大きさに比例した値を指示するためのゲージを
駆動するための装置が提供され、関数発生器が該
信号に応動して複数の有限範囲内の各々において
該信号の正接関数として変化する出力を発生し、
方向決め回路及び駆動回路が関数発生器出力によ
つて制御されて関数発生器出力に比例した可変駆
動電流と該可変駆動電流の最大値に等しい基準駆
動電流とを発生して、２つの駆動電流を第１及び
第２のコイルに選択的に印加するとともに駆動電
流の極性を制御することによつて入力量に従つて
針の方向を決める磁界を発生する。 このような装置によつてゲージ駆動の正確さが
改善されるとともに、また１つの三角関数発生器
しか必要としない。 この装置にデジタル回路技術を用いた集積回路
を利用できる。 またこの装置は正常基準信号と入力量の正接関
数として変化する可変信号とを用意し、これらの
信号をゲージの２つの直交するコイルに印加する
ことによつて入力量に応じて針の角度をゲージの
１つのセクタ内で変化させ、また２つの信号の極
性とこれらが印加されるコイルとを選択的に変化
させることによつて針をゲージの他のセクタに移
動させる。 本装置は入力量に比例した信号を発生する回路
と、該信号に応動して該信号の正接関係として変
化する出力を発生する関係発生器と、該正接関係
に比例した可変駆動信号と基準定常状態駆動電流
とを発生する手段と、２つの駆動電流を２つのコ
イルに選択的に印加するとともに駆動電流の極性
を制御することによつて磁界ベクトルの方向を決
め、これによつて針の位置を決めるための方向決
め回路とを含んでいる。 第１図は、米国特許第3636447号（ゲルニウ
ス）に示されているような公知の形の空心ゲージ
を示している。ゲージ１０は直角に配置した２つ
のコイルＡ及びＢと、それぞれのコイルＡ及びＢ
に印加される電流に応じてゲージ面上を回転する
針１２とを含んでいる。各コイルに印加される電
流の極性と振幅とによつて針の角度が決まる。こ
の議論をするために、コイルＡを流れる電流Ｉ_A
は、第１図の上向きの方向に磁気ベクトルが発生
する時に正とする。またコイルＢを流れる電流Ｉ
_Bは対応する磁気ベクトルが図面の右向きに発生
する時に正とする。また説明の都合上、ゲージは
図の破線によつて８つの八分円１乃至８に分割さ
れている。測定されている入力量が０であると、
針１２は第１図のように八分円１と８との境界線
上にある。入力量が増すと針は八分円１乃至８を
時計方向に回転する。 コイルのそれぞれの磁界は駆動電流の振幅と極
性に比例するため、都合上磁界ベクトルも電流信
号Ｉ_A及びＩ_Bで表わすことになる。第２図ａに示
したように、両方の磁界ベクトルがともに負方向
の最大値をとると、針１２のベクトルＩ_Bに対す
る角θは45゜である。第２図ｂに示したように、
Ｉ_Bがそのままで、Ｉ_Aが小さくなると、θは減少
して針１２は八分円１内を時計方向に働く。明ら
かにtanθはＩ_A／Ｉ_Bに等しい。従つて、Ｉ_Bを一
定にしておいて、Ｉ_Aを入力量の正接（tan）関係
に従つて変化させれば、角度θは入力量の変化に
直接比例することになる。このようにして、Ｉ_A
を変化させるのみで、針１２を八分円１及び２内
で正確に位置決めできる。 第２図Ｃは、Ｉ_Aベクトルを正方向に向け、Ｉ_B
ベクトルをそのまま負方向の最大値にしておいた
時の、八分円２内の針の位置を示している。さら
に針を第３及び第４の八分円内にまで回転させる
ためには、ベクトルＩ_Aをその正方向の最大値に
し、ベクトルＩ_Bを変化させれば良い。前と同様
に、角度θは、第２図ｄに示すように、針１２と
一定値ベクトルとの間で測られる。 次の表１は、各八分円で針を動作させるために
必要なコイル駆動の方法を示している。表の中の
方向決め論理入力に関する部分については後述す
る。

【表】 コイル駆動で１及び−１の記号は、それぞれ正
及び負方向に最大の値とすることを意味する。第
１の八分円内での動作では、コイルＡは−１と０
との間で変化するがコイルＢは−１（負方向最
大）に固定される。八分円２ではコイルＡの駆動
は０から＋１に変化するが、コイルＢは−１のま
まであり、以下同様である。このようにして８ケ
の八分円すなわち360゜にわたつて針を回転させ
ることができる。 第３図は本発明に従つた方法を実現するために
有用な回路であり、特に車の速度計を対象として
いる。速度センサ１４は車の速度に応動して車の
速度に比例した周波数のパルス列を発生する。周
波数すなわち入力量を示すこれらのパルスはバツ
フア１６に印加され、らに直列タコメータ１８に
印加される。直列タコメータ１８は、たとえば米
国特許第4051434号（スイート）に示されている
ようなデジタル周波数測定回路を用いることがで
きる。 直列タコメータの主要要素はタコレジスタ２０
及びメモリレジスタ２２である。直列タコメータ
において、測定されている速度に比例した２進数
がタコレジスタに入れられる。タコレジスタは通
常は16又は18ビツトのシフトレジスタから成る。
しかしメモリレジスタは10ビツト容量であり、タ
コレジスタの上位10ビツトを蓄える。なぜなら、
この程度の情報でも良好なゲージ分解能に対して
十分であるためである。メモリレジスタ２２内の
これらの10ビツトが第４図に示されている。下位
ビツトは2⁰から2⁶の記号が付されているが、これ
らは線２４からインバータ２６へ印加される。2⁷
ビツトは線２８からインバータ２６の制御入力へ
印加されている。インバータ２６の出力はROM
３０のアドレスとなる。このROMは、結果とし
てできるゲージの磁気ベクトルの正接を定義する
ようプログラムされている。これによつて針１２
の角度を速度センサ１４からの入力周波数に比例
されることができる。ROM３０は、128ケの７ビ
ツト語を含み、これらは45゜セクタ（八分円）内
のゲージ針の現在の位置を規定する。ROMの出
力は線３２によつてデユーテイサイクル発生器３
４に印加される。発生器３４はROMからの２進
出力値に比例したデユーテイサイクルを持つた信
号を発生する。このデユーテイサイクル信号は線
３５から方向決め論理回路３６に印加され、ここ
でデユーテイサイクル信号は、ゲージコイルＡ及
びＢを駆動する２のゲージ駆動器３８の一方へ選
択的に印加される。 方向決め論理回路３６はメモリレジスタ２２か
ら線４０を介して回路３６に印加される上位３ビ
ツトすなわちビツト2⁷乃至2⁹によつて制御され
る。この３ビツトは表１に方向決め論理入力とし
て示されている。方向決め論理回路の機能は、入
力が000の場合には、可変デユーテイサイクル電
流をコイルＡに流し、全電流をコイルＢに流すと
ともに、その正しい極性を制御することである。
また入力が000以外の場合にも表１に従つてコイ
ルの駆動を行う。いいかえれば、ある時点におい
て有効なゲージの八分円は、メモリレジスタ２２
の上位３ビツトで表わされる方向決め論理入力に
よつて決定される。 ゲージ駆動回路３８は第５図に示されており、
一例としてコイルＡが含まれており、また電源Ｖ
はコイルのいずれの方向にも選択的に電流が流せ
るように接続されている。１対のトランジスタ４
２及び４４はコイルＡに一方向に対して電流を流
すよう構成され、また他の対をなすトランジスタ
４６及び４８はコイルＡに逆方向に電流を流すよ
う構成されている。 エミツタ接地のトランジスタ５０は電圧分割抵
抗５２によつてトランジスタ４２のベース及び電
源Ｖに接続されている。トランジスタ５０のベー
スは方向決め論理回路からの入力線５４Ａに接続
されており、線５４Ａが駆動されると、トランジ
スタ４２はオンになる。同様にトランジスタ５６
は線５８Ａに接続され、線５８Ａが駆動されると
トランジスタ４６がオンになる。トランジスタ４
４及び４８のベースはそれぞれ入力線６０Ａ及び
６２Ａに接続されている。コイルＢに対するゲー
ジ駆動回路はコイルＡに対するものと同じであ
り、対応する入力線を５４Ｂ，５８Ｂ，６０Ｂ，
６２Ｂと呼ぶことにする。 よつて、トランジスタ対を適切に駆動すること
により、コイル電流の極性が制御され、またトラ
ンジスタ対が完全に導通すると、電圧Ｖ及びコイ
ルインピーダンスによつて決定される最大電流が
コイルに印加される。トランジスタ４４又は４８
の一方のベースにデユーテイサイクル信号が印加
されるとこのデユーテイサイクルに従つてコイル
電流は減少する。100％デユーテイサイクル信号
とコイルの最大駆動との間に区別はない。電圧源
に電圧Ｖが変化しても、全駆動されたコイルと部
分的に駆動されたコイルの磁気ベクトルの比には
影響を与えない。 第７図は、線５４Ａ，５４Ｂ乃至６２Ａ，６２
Ｂにゲージ駆動信号を与えるための方向決め論理
回路３６を示している。ビツト2⁷乃至2⁹を運ぶた
めの導体を含む線４０はラツチ回路の３つの入力
に接続されている。ラツチ回路はビツト2⁷、2⁸及
び2⁹に対応する信号をラツチ出力線６４，６６、
及び６８にそれぞれ維持する働きをする。排他的
論理和ゲート７０の入力は線６４及び６８に接続
されている。このゲート７０の線７２上の出力及
び線６８及び６６の信号はデコーダ７４，７６、
及び７８に選択的に接続されている。これらのデ
コーダは4555ケの集積回路を含み４つの出力のう
ちの１つに出力を発生するもので、それぞれ入力
Ａ，Ｂ及びＥ及び出力Q₀乃至Q₃を持つている。
各デコーダの出力は表２のように相互に排他的で
ある。

【表】 付勢入力に正の電圧が印加されるとすべての
出力が０になる。デコーダ７４の入力はデユー
テイサイクル信号線３５に接続されているため、
デコーダ７４の出力はデユーテイサイクルに従つ
て変調される。デコーダ７６及び７８の付勢入力
はアースされており、Ａ及びＢ入力によつて決ま
る出力を常時発生する。第７図に示すように、デ
コーダの出力は８ケのオアゲート８０に接続され
ており、これらは線５４Ａ，５４Ｂ乃至６２Ａ，
６２Ｂにおけるゲージ駆動器の入力となるべき方
向決め論理回路の出力を与える。 第７図の方向決め論理回路を調べれば、その動
作は表１によつて要求される論理機能を満足して
いることが明らかとなろう。たとえば、線４０に
おける入力ビツトがすべて０であると、線６４，
６６，６８及び７２上の信号はすべて０である。
各デコーダの入力Ａ及びＢが０であるため、各デ
コーダの出力Q₀が１になつている。ただし、デ
コーダ７４の出力Q₀はデユーテイサイクル信号
によつて変調されているため、線６０Ａは変調さ
れれた信号によつて駆動される。デコーダ７６の
出力Q₀によつて線６０Ｂ及び５４Ｂは常時駆動
される。また、デコーダ７８のQ₀出力により線
５４Ａが常時駆動される。第５図より明らかなよ
うに、トランジスタ４４は変調された入力によつ
て駆動されて該トランジスタをデユーテイサイク
ル導通させており、トランジスタ４２は導通して
コイルＡに対してデユーテイサイクル電流を負方
向に流している。同様に、線６０Ｂ及び５４Ｂが
常時駆動されることによつてコイルＢには負方向
に常時電流が流れている。これによつて八分円１
内におけるゲージ動作が達成される。 八分円２内の動作では、方向決め論理入力は
001である。よつて線６４及び７２は１レベルで
あり、線６６及び６８は０レベルである。デコー
ダ７６のＡ及びＢ入力は０であるため、前と同様
にそのQ₀出力が１となり、線６０Ｂ及び５４Ｂ
は常時駆動されてコイルＢに負方向最大電流を与
える。しかし、デコーダ７４及び７８はそのＡ及
びＢ入力にそれぞれ１及び０を受信しているた
め、Q₁出力によつて線６２Ａにデユーテイサイ
クル変調信号が印加され、線５８Ａに全時間信号
が印加される。この結果、コイルＡには、正方向
のデユーテイサイクル信号流れるが、これは表１
の要求に合致している。 この回路の動作について、第６図の波形を用い
てより詳しく説明する。第６図ａ，ｂ及びｃの波
形はデジタル回路の２進値をアナログで表示した
ものである。第６図ａは、メモリレジスタ２２の
下位７ビツトが速度の増加に従つて不連続に繰返
し増加する様子を示している。すなわち、八分円
１において、レジスタはクリアされた状態から、
下位７ビツトの容量一杯のところまで進むが、そ
の時上位３ビツトはまだすべて０である。速度が
７ビツト容量を越えると、７ビツトは０にリセツ
トされ、８番目のビツト（2⁷ビツト）が１にな
り、第２の八分円内の動作となることが示され、
以下同様である。このようにしてレジスタの下位
７ビツトの増加が不連続に繰返される。 第６図ｂはインバータ２６の動作を示してい
る。このインバータはメモリレジスタの2⁷ビツト
によつて制御される。このビツトが０であると、
レジスタの下位７ビツトは変化なしにインバータ
を通過してROMに印加される。しかし2⁷ビツト
は変化なしにインバータを通過してROMに印加
される。しかし2⁷ビツトが１であると、インバー
タは下位７ビツト語の補数を発生する。これによ
つて第６図ａの不連続なパターンは第６図ｂに示
したような連続なのこぎり歯状パターンとなる。
このインバータ出力はROM３０のアドレス入力
に印加される。 第６図ＣはROM出力が速度によつて変化する
様子を示している。各八分円内において、ROM
出力はインバータ出力によつて示される角度の正
接関係になつている。45゜の正接は１であり、０
゜の正接は０であるので、ROM出力はアドレス
入力に応じてこれらの上下限の間で変化する。
ROMが０゜乃至45゜の正接表しか持つていなく
とも、ROM出力と同じ値をゲージコイルの各々
に選択的に印加し、さらに正しい極性を選ぶこと
により、360゜の全範囲での動作が可能である。 第６図ｄは０゜乃至270゜のゲージ位置の各々
においてコイルＡ及びＢの平均電流を示してい
る。第６図ｄは表１の内容を図で表わしたものに
なつており、この波形は速度の増加につれて、各
コイルの電流の極性とデユーテイサイクルが変化
する様子を示している。１つのコイルの電流は1/
４の範囲内でのみ変化し、他の1/4の範囲では最大
値に保持されているために、１つの正接関係発生
器（ROM３０）しか必要としていない。また方
向決め論理回路３６の動作により、可変電流がそ
れぞれのコイルに適切に印加され、入力量すなわ
ち速度に対して針が線形に動作している。 さらに、45゜正接表を繰返して用いているため
に、大きな正接表が比較的小さなROMに収納で
き、これによつて高い精度と分解能が達成されて
いる。 以上に述べた特定の実施例は速度計の回路に関
するものであるが、同様のゲージ駆動装置は入力
量の値を線形表示する他の分野にも応用できるこ
とはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は空心ゲージを示す説明図、第２図ａ乃
至ｄは本発明に従つた装置の動作中に第１図のゲ
ージ内で生じる磁界ベクトルを示す説明図、第３
図はゲージを駆動するめに本発明に従つた装置の
一実施例を含む回路のブロツク図、第４図は第３
図の回路のメモリレジスタを示す説明図、第５図
は第３図の回路のゲージ駆動器の回路図を示し、
第６図ａ及至ｄは本発明に従つた回路内のデジタ
ル値及びゲージに印加される電流を表わす波形図
であり、第７図は第３図の回路の方向決め論理の
回路図である。 〔主要部分の符号の説明〕、回路……第３図の
タコメータ１８、関数発生器……第３図のROM
３０、方向決め回路………第３図の方向決め論理
３６、駆動回路……第３図のゲージ駆動器３８、
メモリ……第３図のROM３０、デユーテイサイ
クル回路……第３図のデユーテイサイクル発生器
３４、セクタ……第１図の八分円１及至８。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 入力量に応動して該入力量に比例した信号を
   発生する回路を含み、磁界を形成するための直交
   した２つのコイルと、該磁界によつて角度方位が
   決定される針と、を有し、該入力量の大きさに比
   例した値を指示するゲージを駆動する装置におい
   て、 更に関数発生器と、方向決め回路と、駆動回路
   とを含み、 前記関数発生器が該信号に応動して複数の有限
   範囲内の各々において該信号の正接関数として変
   化する出力を発生し、前記方向決め回路及び前記
   駆動回路が該関数発生器出力によつて制御され
   て、該関数発生器出力に比例した可変駆動電流と
   該可変駆動電流の最大値に等しい基準駆動電流と
   を発生して、該２つの駆動電流を第１及び第２の
   コイルに選択的に印加するとともに該駆動電流の
   極性を制御することによつて該入力量に従つて針
   の方向を決める該磁界を発生することを特徴とす
   る装置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の装置において、
   該信号を発生する回路が該入力量の大きさに応動
   して、該入力量に比例し、かつ該入力量が増加す
   るとその一群の上位ビツトがステツプ状に値を変
   化させ、また該入力量の大きさが増加するとその
   一群の下位ビツトが繰り返しパターンで変化する
   ような２進数を発生し、更に、該装置が、一群の
   最下位ビツトによつてアドレスされ該一群の最下
   位ビツトによつて表わされる角度の正接を表わす
   数値表を蓄えて２進出力を発生するメモリと、該
   ２進出力に応動して該一群の最下位ビツトによつ
   て表わされる角度の正接に比例した可変信号を発
   生するデユーテイサイクル回路とを含み、該方向
   決め回路及び駆動回路が該可変信号及び一群の最
   上位ビツトによつて制御されて該可変信号に比例
   した可変駆動電流と該可変駆動電流の最大値に等
   しい基準駆動電流とを発生し、該２つの電流をそ
   れぞれ第１及び第２のコイルに選択的に印加する
   とともに該電流の極性を制御することによつて該
   入力量の大きさに従つて該針の方向を決めるよう
   な磁界を発生させる方向決め論理及び駆動回路を
   含んでいることを特徴とする装置。 ３ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置
   において、 該入力量が１つの範囲内にある時には実質的に
   一定の基準信号が第１のコイルに印加され、また
   複数個の有限範囲の各々の中において該入力量の
   正接関数として変化する可変信号が第２のコイル
   に印加されることによつて、該入力量が該１つの
   範囲内で変化する時に該針の角度はゲージの１つ
   のセクタ内で変化し、また該入力量が該１つの範
   囲に隣接する他の範囲にある時には該基準信号が
   該第２のコイルに印加されまた該可変信号が該第
   １のコイルに印加されることによつて該入力量が
   該他の範囲内で変化する時に該針の角度がゲージ
   の他のセクタ内で変化することを特徴とする装
   置。 ４ 特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置
   において、 該入力量に従つて０゜乃至45゜の範囲の角度の
   正接として変化する可変電流がゲージの複数個の
   八分円の各々について用意されることと、該可変
   電流の最大値に等しい値を持つた基準電流が用意
   されることと、該入力量が第１の範囲内にある時
   には該基準電流を第１の極性において第１のコイ
   ルに印加しまた該可変電流を第１の極性において
   第２のコイルに印加することによつて該入力量が
   該第１の範囲内で変化する時に針の角度をゲージ
   の第１の八分円内で変化させることと、該入力量
   が該第１の範囲に隣接した第２の範囲にある時に
   は、該基準電流を第１の極性において、該第１の
   コイルに印加し該可変電流を第２の極性において
   該第２のコイルに印加することによつて該入力量
   が該第２の範囲内で変化する時に針の角度を該ゲ
   ージの第２の八分円内で変化させることと、該入
   力量がそれぞれ第３及び第４の範囲にある時に、
   該基準電流を第２の極性において該第２のコイル
   に印加し該可変電流を最初第１の極性において次
   に第２の極性において第１のコイルに印加するこ
   とによつて該ゲージの針の角度をそれぞれゲージ
   の第３及び第４の八分円内で変化させることと、
   さらに、該入力量が別の範囲にまで変化した時に
   は該基準及び可変電流が交互にそれぞれの該コイ
   ルに印加されまた該可変電流は１対の八分円の
   各々において１つの極性において最大値からゼロ
   まで変化させ、次いで他の極性においてゼロから
   最大値まで変化させることによつて該針の角度を
   該入力量に比例させて変化させることを特徴とす
   る装置。