(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ値を下限値から上限値にかけて円弧状に表示してなるアナログ値表示部と、このアナログ値表示部の下限値に対応する位置にて設けたストッパとを有する目盛り盤と、
この目盛り盤の面に沿い回動するように支持されて前記下限値を特定する帰零位置にて前記ストッパに係合する指針と、
交流信号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線を備えたステータと、
このステータ内で同軸的に回転可能に支持されて前記交流磁束に応じて回転するマグネットロータとを備え、前記マグネットロータの回転に伴い前記指針を回動するステップモータと、
前記界磁巻線に前記交流信号を入力する入力手段とを備える車両用指示計器において、
前記入力手段から前記界磁巻線への前記交流信号の入力を許容し、前記交流信号が零レベルを経るときに前記界磁巻線を前記交流信号から遮断してこの遮断時に生ずる前記界磁巻線の誘起電圧に基づき前記指針の前記ストッパとの係合に伴う前記マグネットロータの停止か否かを判定する判定手段とを備えることを特徴とする車両用指示計器。
【請求項２】
アナログ値を下限値から上限値にかけて円弧状に表示してなるアナログ値表示部と、このアナログ値表示部の下限値に対応する位置にて設けたストッパとを有する目盛り盤と、
この目盛り盤の面に沿い回動するように支持されて前記下限値を特定する帰零位置にて前記ストッパに係合する指針と、
交流信号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線を備えたステータと、このステータ内で同軸的に回転可能に支持されて前記交流磁束に応じて回転するマグネットロータとを備え、前記マグネットロータの回転に伴い前記指針を回動するステップモータと、
前記界磁巻線に前記交流信号を入力する入力手段とを備える車両用指示計器において、
前記入力手段から前記界磁巻線への前記交流信号の入力を許容する第１投入状態と、前記界磁巻線を前記交流信号から遮断する第２投入状態とを有する切り替えスイッチと、
前記切り替えスイッチが前記第１投入状態にあるときに前記交流信号が零レベルを経るときを判定する第１の判定手段と、
この第１判定手段により前記交流信号が零レベルを経るときが判定されると、前記切り替えスイッチを前記第２投入状態に切り替え制御する切り替え制御手段と、
この切り替え制御手段により前記切り替えスイッチが前記第２投入状態に切り替えられたときに生ずる前記界磁巻線の誘起電圧を入力する手段と、
前記入力された誘起電圧に基づき前記指針の前記ストッパとの係合に伴う前記マグネットロータの停止か否かを判定する第２の判定手段とを備えることを特徴とする車両用指示計器。
【請求項３】
アナログ直を下限値から上限直にかけて円弧状に表示してなるアナロググ表示部と、このアナログ値表示部の下限値に対応する位置にて設けたストッパとを有する目盛り盤と
この目盛り盤の面に沿い回動するように支持されて前記下限直を特定する帰零立置にて前記ストッパに係合する指針と、
交流信号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線を備えたステータと、このステータ内で同軸的に回転可能に支持されて前記交流磁束に応じて回転するマグネットロータとを備え、前記マグネットロータの回転に伴い前記指針を回動するステップモータと、
前記界磁巻線に駆動電圧を印加する駆動回路と、
前記界磁巻線への前記駆動電圧の入力を許容する第１投入状態と、前記界磁巻線を前記交流信号から遮断する第２投入状態とを有する切り替えスイッチと、
前記駆動電圧を前記駆動回路に出力して前記ステップモータを駆動する制御を行うマイクロコンピュータとを備え、
前記マイクロコンピュータは、
前記切り替えスイッチを前記第１投入状態に制御して、前記マグネットロータを回転させるための駆動電圧を前記駆動回路に出力する手段と、
前記駆動電圧が零レベルにあるか否かを判定する手段と、
前記駆動電圧が零レベルにあることを判定すると、前記切り替えスイッチを前記第２投入状態に切り替え制御する手段と、
前記切り替えスイッチが前記第２投入状態に切り替えられたときに生ずる前記界磁巻線の誘起電圧を入力する手段と、
前記入力された前記誘起電圧を閾直電圧以下か否かを判定し、前記閾直電圧以下であるときに前記指針の前記ストッパとの係合に伴う前記マグネットロータの停止を判定する手段とを備えることを特徴とする車両用指示計器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はステップモータを指針の駆動源として採用してなる車両用指示計器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の車両用指示計器では、目盛り盤からその指針の帰零位置にてストッパを突出させて、指針がステップモータにより駆動されて帰零位置に戻ったときこの指針をストッパと係合させるようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記指示計器では、ステップモータに、例えば、入力に応じた余弦波状駆動電圧を印加することで、指針を回動することにより指示を行うようになっている。
【０００４】
しかし、指針をその帰零位置に戻すにあたっては、ステップモータに帰零用電圧を強制的に印加するようにしている。このため、上記指示計器では、指針に通常の指示動作をさせるための余弦波状駆動電圧の他に、別途、指針をその帰零位置に強制的に戻すための帰零用電圧が必要となるという不具合がある。
【０００５】
これに対し、本発明者らは、ステップモータに印加される余弦波状駆動電圧でもって当該ステップモータの界磁巻線に発生する余弦波状磁界に基づき、ステップモータのマグネットロータの外周面にて生ずる磁束密度の変化について検討してみた。
【０００６】
界磁巻線の余弦波状磁界に基づき生ずるマグネットロータの外周面上の磁束の密度は、上記余弦波状磁界に同期して余弦波状に変化するが、当該磁束密度の変化率は、磁束密度のピーク時には余弦波状駆動電圧のピーク時の値の変化が小さいため最小となり、磁束密度の零時には余弦波状駆動電圧の零レベルを通る変化のため、最大となる。
【０００７】
このような磁束密度の変化現象は、指針の通常の指示動作中において生ずるのであるが、指針がその帰零位置にてストッパと係合したときには、指針の停止と同時にマグネットロータも停止するから、磁束密度の変化はなくなる。
【０００８】
以上のことから、指針の通常の指示動作中において、指針がストッパとは係合しないときには、磁束密度の変化率は、交互に最小及び最大となる現象を繰り返すが、指針がその帰零位置にてストッパと係合したときには、磁束密度の変化率は零となることが分かる。
【０００９】
従って、ステップモータに印加される余弦波状駆動電圧を利用して、余弦波状駆動電圧が零レベルを通るときの磁束密度の変化率の変化状態を知れば、指針が帰零位置にてストッパと係合したか否かが精度よく分かる。
【００１０】
そこで、本発明は、以上のようなことに着目して、ステップモータを指針の駆動源として用いる車両用指示計器において、指針に指示動作させるための交流信号をステップモータに入力しているときに当該交流信号がステップモータの界磁巻線に大きな磁束密度の変化を生じさせる現象を利用して、帰零用の余分な電圧に依存することなく、指針の帰零位置への到達を精度よく確保することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題の解決にあたり、請求項１に記載の発明に係る車両用指示計器では、アナログ値を下限値から上限値にかけて円弧状に表示してなるアナログ値表示部と、このアナログ値表示部の下限値に対応する位置にて設けたストッパとを有する目盛り盤と、この目盛り盤の面に沿い回動するように支持されて前記下限値を特定する帰零位置にて前記ストッパに係合する指針と、交流信号の入力により交流磁束を発生する界磁巻線を備えたステータと、このステータ内で同軸的に回転可能に支持されて前記交流磁束に応じて回転するマグネットロータとを備え、前記マグネットロータの回転に伴い前記指針を回動するステップモータと、前記界磁巻線に前記交流信号を入力する入力手段とを備える。
【００１２】
当該車両用指示計器において、入力手段から界磁巻線への交流信号の入力を許容し、交流信号が零レベルを経るときに界磁巻線を交流信号から遮断してこの遮断時に生ずる界磁巻線の誘起電圧に基づき指針のストッパとの係合に伴うマグネットロータの停止か否かを判定する判定手段を備えることを特徴とする。
【００１３】
このように、指針に指示動作させるための交流信号をステップモータに入力しているときに当該交流信号がステップモータの界磁巻線に大きな磁束密度の変化を生じさせる現象を利用するので、指針の帰零位置への到達、即ち、指針のストッパとの係合を精度よく確保できる。
また、請求項２、３に記載の発明においても、請求項１に記載の発明と同様の効果を奏する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。図１は、本発明に係る乗用車用指示計器の一実施形態を示しており、この指示計器は、車速計として、当該乗用車の車室内に設けたインストルメントパネルに配設されている。
【００１６】
この指示計器は、図１及び図２にて示すごとく、計器板１０を備えている。この計器板１０は、図１にて示すごとく、目盛り盤１０ａを備えており、この目盛り盤１０ａには、車速を下限値（車速零ｋｍ／ｈ）から上限値（車速１８０ｋｍ／ｈ）にかけて円弧状に表示する車速表示部１１が形成されている。
【００１７】
また、指示計器は、指針２０、回動内機３０及び配線板４０を備えている。指針２０は、その回動基部２１にて、後述する指針軸３１の先端部に支持されて目盛り盤１０ａの表面に沿い回動するようになっている。この指針２０は、目盛り盤１０ａの円弧状車速表示部１１の全範囲に亘り回動するようになっており、当該指針２０は、その帰零位置にて、目盛り盤１０ａに設けたストッパ１３に係合するようになっている。ストッパ１３は、図１にて図示位置（上記帰零位置に対応する）にて、目盛り盤１０ａにその表面側へ向け突出されている。
【００１８】
回動内機３０は、目盛り盤１０ａに対応する位置にて、計器板１０の裏面側に設けた配線板４０にその裏面側から組み付けられている。回動内機３０は、指針軸３１と、内機本体３２とを備えている。内機本体３２は、２相式ステップモータＭ（図３及び図４参照）及び減速歯車列（図示しない）を内蔵してなるもので、この内機本体３２は、ステップモータＭの回転に伴う上記減速歯車列の減速回転により、この減速歯車列の出力段歯車と同軸的に支持した指針軸３１を回動する。なお、指針軸３１は、配線板４０及び目盛り盤１０ａの貫通穴部１２を通り回動可能に延出ている。
【００１９】
ステップモータＭは、図３にて示すごとく、ステータ３０ａと、マグネットロータ３０ｂとを備えている。ステータ３０ａは、ヨーク３３と、両界磁巻線３４ａ、３４ｂとを備えている。ヨーク３３は、ポール状の両磁極３３ａ、３３ｂを備えており、磁極３３ａには界磁巻線３４ａが巻装され、磁極３３ｂには界磁巻線３４ｂが巻装されている。
【００２０】
また、マグネットロータ３０ｂは、ヨーク３３内にてこのヨーク３３と同軸的にかつ回転可能に支持されており、このマグネットロータ３０ｂの外周面にはその周方向に沿い、Ｎ極とＳ極とが交互に複数着磁して形成されている。なお、マグネットロータ３０ｂは、その回転に伴い、その外周面にて、そのＮ極及びＳ極又は一方でもって、ヨーク３３の各磁極３３ａ、３３ｂの先端面に狭隙を介して対向するようになっている。
【００２１】
このように構成したステップモータＭにおいて、互いに位相を異にする各余弦波状駆動電圧（後述する）が対応の各界磁巻線３４ａ、３４ｂに印加されると、これら各界磁巻線３４ａ、３４ｂに流れる電流により生ずる余弦波状磁束が互いに位相を異（例えば、９０度）にして発生し、ヨーク３３及びマグネットロータ３０ｂの磁極を通り流れる。これにより、マグネットロータ３０ｂが回転する。
【００２２】
次に、ステップモータＭのための電気回路構成について図４を参照して説明する。マイクロコンピュータ５０は、図５にて示すフローチャートに従いコンピュータプログラムを実行し、この実行中において、車速センサＳの検出出力に応じて、両駆動回路６０ａ、６０ｂを介しステップモータＭを駆動する処理を行う。なお、マイクロコンピュータ５０は、イグニッションスイッチＩＧを介し、バッテリＢａから給電されて作動する。また、上記コンピュータプログラムはマイクロコンピュータ５０のＲＯＭに予め記憶されている。
【００２３】
車速センサＳは、当該乗用車の車速を検出する。各駆動回路６０ａ、６０ｂは、マイクロコンピュータ５０による制御のもと、ステップモータＭの各界磁巻線３４ａ、３４ｂに互いに位相を異にする各余弦波状駆動電圧を印加する。なお、本実施形態では、界磁巻線３４ａをＡ相界磁巻線といい、界磁巻線３４ｂをＢ相界磁巻線という。これに伴い、界磁巻線３４ａへの駆動電圧をＡ相駆動電圧といい、界磁巻線３４ｂへの駆動電圧をＢ相駆動電圧という。
【００２４】
ここで、駆動回路６０ａから界磁巻線３４ａへの駆動電圧の印加は両切り替えスイッチ７０、８０を介して行われる。両切り替えスイッチ７０、８０は、それぞれ、マイクロコンピュータ５０により共に切り替え制御されるアナログスイッチからなるもので、切り替えスイッチ７０は、駆動回路６０ａの一側出力端子６１に接続した固定接点７１と、開放状態に維持される固定接点７２と、界磁巻線３４ａの一側端子に接続した切り替え接点７３とを備えている。また、切り替えスイッチ８０は、駆動回路６０ａの他側出力端子６２に接続した固定接点８１と、マイクロコンピュータ５０の入力ポート５１に接続した固定接点８２と、界磁巻線３４ａの他側端子に接続した切り替え接点８３とを備えている。
【００２５】
これにより、これら両切り替えスイッチ７０、８０においては、切り替え接点７３が固定接点７１へ投入（以下、第１投入状態という）されるとともに切り替え接点８３が固定接点８１に投入（以下、第１投入状態という）されているとき、駆動回路６０ａはその出力電圧を界磁巻線３４ａに印加する。また、切り替え接点７３が固定接点７２へ切り替え投入（以下、第２投入状態という）されるとともに切り替え接点８３が固定接点８２に切り替え投入（以下、第２投入状態という）されると、界磁巻線３４ａは、駆動回路６０ａの出力電圧から遮断されるとともに、このときの界磁巻線３４ａの端子電圧が、切り替えスイッチ８０の切り替え接点８３及び固定接点８２を通してマイクロコンピュータ５０の入力ポート５１に入力される。
【００２６】
このように構成した本実施形態において、当該乗用車がイグニッションスイッチＩＧのオンのもと走行状態におかれるものとする。そして、マイクロコンピュータ５０がイグニッションスイッチＩＧのオンによりバッテリＢａから給電されて作動すると、当該マイクロコンピュータ５０は、図５のフローチャートに従いコンピュータプログラムの実行を開始する。
【００２７】
これに伴い、ステップ１００において、両切り替えスイッチ７０、８０を共に第１投入状態に切り替える処理がなされる。これにより、両切り替えスイッチ７０、８０がマイクロコンピュータ５０により第１投入状態に共に切り替えられて駆動回路６０ａを界磁巻線３４ａに接続する。
【００２８】
ついで、ステップ１１０において、Ａ相及びＢ相の各余弦波状駆動電圧の各駆動回路６０ａ、６０ｂへの出力処理がなされる。これに伴い、駆動回路６０ａは、マイクロコンピュータ５０からのＡ相駆動電圧を両切り替えスイッチ７０、８０を介し界磁巻線３４ａに印加するとともに、駆動回路６０ｂは、マイクロコンピュータ５０からのＢ相駆動電圧を界磁巻線３４ｂに印加する。
【００２９】
このため、界磁巻線３４ａにはＡ相駆動電圧に基づく電流が流れて余弦波状磁束が発生し、また、界磁巻線３４ｂにはＢ相駆動電圧に基づく電流が流れて余弦波状磁束が発生する。これら両磁束は、その位相の変化に応じて、互いに異なるレベルにて変化しつつマグネットロータ３０ｂを通る。よって、マグネットロータ３０ｂが回転する。従って、回動内機３０は、マグネットロータ３０ｂの回転に伴い指針軸３１を介し指針２０を回動する。なお、指針２０の回動角とＡ相及びＢ相の各駆動電圧の位相との関係は、互いに一義的に定められている。
【００３０】
このような状態において、ステップ１２０にてＡ相駆動電圧が零レベルか否かが判定される。Ａ相駆動電圧が零レベルでなければ、ステップ１２０における判定がＮＯとなり、ステップ１２１において、ステップ１１０での両駆動電圧の出力処理が継続処理される。このため、両駆動回路６０ａ、６０ｂは、マイクロコンピュータ５０からのＡ相及びＢ相の両駆動電圧に基づきその位相差に応じてステップモータＭを回転させる。従って、指針２０の回動が継続される。
【００３１】
一方、上記ステップ１２０における判定がＹＥＳとなるときには、Ａ相駆動電圧が零レベルにあることから、ステップ１２２において、両切り替えスイッチ７０、８０が第２投入状態に切り替え処理される。このため、両切り替えスイッチ７０、８０はマイクロコンピュータ５０により第２投入状態に切り替えられる。
【００３２】
これにより、界磁巻線３４ａは、その一側端子にて、切り替え接点７３の固定接点７２への投入により、開放状態におかれ、その他側端子にて、切り替え接点８３の固定接点８２への投入により、マイクロコンピュータ５０の入力ポート５１に接続される。また、両切り替えスイッチ７０、８０の第２投入状態への切り替え時に、界磁巻線３４ａにおいてマグネットロータ３０ｂの回転に応じて生ずる誘導電圧が入力ポート５１を介しステップ１２３にてマイクロコンピュータ５０に入力される。
【００３３】
これに伴い、ステップ１３０において、ステップ１２３での誘導電圧が閾値電圧以下か否かにつき判定される。本実施形態では、当該閾値電圧は、ほぼ零電圧に設定されている。
【００３４】
ここで、ステップ１２０における判定基準として、Ａ相駆動電圧が零レベルであることを採用し、かつ、ステップ１３０における閾値電圧をほぼ零電圧とした理由について説明する。
【００３５】
Ａ相駆動電圧のレベルは当該Ａ相駆動電圧の位相の変化に伴い余弦波状に変化する。当該Ａ相駆動電圧のレベルは、４分の１周期に対応する位相で零となり、その位相の前後では正から負に変化する。従って、この変化に起因するＡ相駆動電圧に対応する磁束密度も同様に変化するから、当該磁束密度の変化率は大きい（図６にてマグネットロータ３０ｂの回転角９０度の位置参照）。よって、この大きな変化率の磁束密度に起因して界磁巻線３４ａに誘導される電圧（誘導電圧）は大きく変化する（図７参照）。
【００３６】
一方、Ａ相駆動電圧のレベルは、そのピーク時に対応する位相（マグネットロータ３０ｂの回転角１８０度の位置参照）の前後では極値にほぼ維持される。従って、このときのＡ相駆動電圧に対応する磁束密度は殆ど変化しないから、当該磁束密度の変化率は非常に小さい（図６参照）。よって、この小さな変化率の磁束密度に起因して界磁巻線３４ａに誘導される電圧（誘導電圧）も非常に小さい。
【００３７】
また、指針２０が帰零位置にてストッパ１３に係合したときにはマグネットロータ３０ｂの回転は停止する。従って、このマグネットロータ３０ｂがＡ相駆動電圧に対応する磁束を切ることがないから、このときの界磁巻線３４ａの誘導電圧は零である。
【００３８】
以上より、指針２０がストッパ１３に係合したことを判定するには、上記磁束密度の変化率が大きいときを利用すれば、精度よくかつタイミングよく判定できる。そこで、本実施形態では、ステップ１２０における判定基準として、大きな変化率の磁束密度を生ずるＡ相駆動電圧の零レベルを採用し、上記閾値電圧をほぼ零電圧に設定した。
【００３９】
界磁巻線３４ａの誘導電圧が上記閾値電圧よりも高ければ、指針２０はストッパ１３に係合しておらず、ステップモータＭは回転していることから、上記誘導電圧は磁束密度の変化率の大きい状態での電圧に相当する。従って、ステップ１３０における判定はＮＯとなる。
【００４０】
一方、界磁巻線３４ａの誘導電圧が上記閾値電圧以下になれば、当該誘導電圧は、本来、大きな変化率の磁束密度を発生すべき電圧であるのに上記閾値電圧以下となることから、指針２０のストッパ１３との係合によりマグネットロータ３０ｂが停止している。よって、ステップ１３１において、指針２０のストッパ１３との係合と判定される。
【００４１】
この場合、上述のように、ステップ１２０においてＡ相駆動電圧が零レベルと判定した直後に、ステップ１３０において界磁巻線３４ａの誘導電圧が閾値電圧以下か否かを判定するので、ステップ１３０におけるＮＯ或いはＹＥＳとの判定が精度よくかつタイミングよくなされ得る。従って、指針２０の帰零位置への到達、換言すれば指針２０のストッパ１３との係合の有無を精度よく判定できる。その結果、指針２０のストッパ１３との係合を精度よく確保し得る。
【００４２】
上述のようにステップ１３０における判定がＮＯとなるときには、ステップ１４０において、両切り替えスイッチ７０、８０の第１投入状態への切り替え処理がなされる。これに伴い、駆動回路６０ａから界磁巻線３４ａへのＡ相駆動電圧の印加が、ステップ１２２での両切り替えスイッチ７０、８０の第２投入状態への切り替え時の位相とほぼ同位相にて、行われる。このため、ステップモータＭは、脱調することなく、正常に回転する。
【００４３】
また、ステップ１３１での処理後、ステップ１５０においてイグニッションスイッチＩＧのオフか否かが判定される。ここで、イグニッションスイッチＩＧがオンであれば、ステップ１５０での判定がＮＯとなり、上述と同様のステップ１４０での処理がなされる。この場合も、駆動回路６０ａから界磁巻線３４ａへのＡ相駆動電圧の印加が、ステップ１２２での両切り替えスイッチ７０、８０の第２投入状態への切り替え時の位相とほぼ同位相にて、行われる。このため、ステップモータＭは、脱調することなく、正常に回転する。なお、ステップ１５０における判定がＹＥＳとなれば、マイクロコンピュータ５０の処理が終了する。このとき、両駆動電圧６０ａ、６０ｂはその出力を終了する。
【００４４】
なお、本発明の実施にあたり、ステップモータＭの界磁巻線に印加する駆動電圧は余弦波状電圧に限ることなく、正弦波状電圧、台形波状電圧、三角波状電圧等の交流電圧や交流電流等の交流信号であればよい。
【００４５】
また、本発明の実施にあたり、指示計器は、車速を指示するものに限ることなく、乗用車のエンジンの回転数や燃料の残量等のアナログ値を指示するものであってもよい。
【００４６】
また、本発明の実施にあたり、乗用車用指示計器に限ることなく、バス、トラックや自動二輪車等の各種車両用指示計器その他各種の指示計器に本発明を適用して実施してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る乗用車用指示計器の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の指示計器の部分断面図である。
【図３】図２の回動内機に内蔵したステップモータの模式的断面図である。
【図４】図３のステップモータのための電気回路構成図である。
【図５】図４のマイクロコンピュータの作用を示すフローチャートである。
【図６】上記ステップモータに生ずる磁束密度及びその変化率をマグネットロータの回転位置の関係で示すタイミングチャートである。
【図７】マグネットロータの回転中においてＡ相駆動電圧が零レベルを経るときの界磁巻線の誘導電圧を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０ａ、１０ｂ…目盛り盤、１１…車速表示部、１３…ストッパ、
２０…指針、３０ａ…ステータ、３０ｂ…マグネットロータ、
３４ａ、３４ｂ…界磁巻線、５０…マイクロコンピュータ、
６０ａ、６０ｂ…駆動回路、７０、８０…切り替えスイッチ、
Ｍ…ステップモータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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