(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の励磁コイル及び前記複数の励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータから構成されたステッピングモータと、前記マグネットロータの回転に連動して移動する指針と、前記励磁コイルに供給する駆動電圧を制御して、前記マグネットロータの回転を制御する回転制御手段と、を備えた指針装置において、
前記回転制御手段が、前記励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態から前記励磁コイルに対して所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給して前記マグネットロータを停止させる状態に切り替える際に、前記所定位相の駆動電圧の電圧値を０から徐々に増加して前記所定電圧とする
ことを特徴とする指針装置。
【請求項２】
複数の励磁コイル及び前記複数の励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータから構成されたステッピングモータと、前記マグネットロータの回転に連動して移動する指針と、前記励磁コイルに供給する駆動電圧を制御して、前記マグネットロータの回転を制御する回転制御手段と、を備えた指針装置において、
前記回転制御手段が、前記励磁コイルに所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給して前記マグネットロータを停止させた状態から前記励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態に切り替える際に、前記所定位相の駆動電圧の電圧値を０まで徐々に小さくして前記駆動電圧の供給を停止する
ことを特徴とする指針装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指針装置に係り、特に、複数の励磁コイル及び前記複数の励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータから構成されたステッピングモータと、前記マグネットロータの回転に連動して移動する指針と、前記励磁コイルに供給する駆動電圧を制御して、前記マグネットロータの回転を制御する回転制御手段と、を備えた指針装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上述した指針装置として、例えば車両に搭載され、車速などを指示するものが知られている（特許文献１〜３）。指針装置は、ステッピングモータと、ステッピングモータの回転に連動して回転する指針と、ステッピングモータの回転を制御する回転制御手段としてのマイコンなど、を備えている。上述したステッピングモータ３は、図７に示すように、２つのＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂと、これらＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂを支持するステータ３２と、ＮＳ極が交互に３極ずつ着磁され、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータ３３と、マグネットロータ３３の回転を指針に伝えるギア３４ａなどを備えている。
【０００３】
次に、上述した指針装置の動作について図１０を参照して説明する。上述した指針装置全体の動作を司るマイコンは、イグニッションスイッチがオンされ、ウエイクアップされると（ステップＳ１０でＹ）、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給が遮断した状態からＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに所定位相、所定デューティの駆動電圧を供給してマグネットロータ３３の回転を停止させる（ステップＳ１１）。
【０００４】
上記ステップＳ１１では、図１２の黒丸で示すように、例えば位相π／４、デューティ７０％の駆動電圧を出力している。即ち、イグニッションスイッチのオンに応じてＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂは、図１１に示すように、無励磁から急にデューティ７０％の大きな駆動電圧が供給された状態となる。その後、マイコンは、指針を強制的に計測値０に向かって逆回転させる初期化動作を行った後（ステップＳ１２）、指針がセンサの計測値を指示するように駆動する通常動作を行う（ステップＳ１３）。
【０００５】
Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂが無励磁の場合、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、鉄（ステータ３２）とマグネットロータ３３との関係からその時々で釣り合いの取れる位置で停止する。この状態で、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに駆動電圧をかけてマグネットロータ３３を停止させると、図７（Ａ）に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに発生する磁界に応じた位置にマグネットロータ３３が回転してしまう場合がある。
【０００６】
このとき、上述したように無励磁（図１２の０点）から急にＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂにデューティ７０％の大きな駆動電圧をかけた状態（図１２の黒丸）になると、図７（Ａ）に示す位置付近でマグネットロータ３３が振動し、マグネットロータ３３に不要な動き（回転）が発生してしまう。結果、図１３に示すように指針２が一瞬動いてしまい、見た目が悪いという問題があった。また、無励磁から急にＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂにデューティ７０％の大きな駆動電圧をかけた状態になるため、マグネットロータ３３が大きく動いてしまい、初期化動作での逆回転角度が大きくなる。しかも、マグネットロータ３３の振動が停止してから初期化動作を行う必要があり、初期化動作が終了するまでの時間がかかる、という問題があった。
【０００７】
動作に話を戻すと、その後、イグニッションスイッチがオフされ、スリープ条件が成立すると（ステップＳ１４でＹ）、マイコンは、再び初期化動作を行った後（ステップＳ１５）、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに所定位相（π／４）、所定デューティ（７０％）の駆動電圧を供給してマグネットロータ３３の回転を停止させる（ステップＳ１６）。次に、マイコンは、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給を遮断して（ステップＳ１７）、ステップＳ１に戻る。即ち、イグニッションスイッチのオフに応じてＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂは、図１１に示すように、デューティ７０％の大きな駆動電圧が供給された状態から無励磁となる。
【０００８】
Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに駆動電圧をかけてマグネットロータ３３を停止させた場合、図７（Ａ）に示すように、マグネットロータ３３は、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂ（ステータ３２を含む）に発生する磁界に応じた位置に停止するが、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給を遮断すると、鉄（ステータ３２）とマグネットロータ３３との関係になるため、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように、その時々で釣り合いの取れる位置に回転してしまう場合がある。
【０００９】
このとき、上述したようにＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂにデューティ７０％の大きな駆動電圧をかけた状態（図１２の黒丸）から急に無励磁（図１２の０点）になると、図７（Ｂ）及び（Ｃ）に示す位置付近でマグネットロータ３３が振動し、マグネットロータ３３に不要な動き（回転）が発生してしまう。このため、同様に、図１３に示すように指針が一瞬振動してしまい、見た目が悪いという問題があった。また、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂにデューティ７０％の大きな駆動電圧をかけた状態から急に無励磁にするため、マグネットロータ３３が大きく動いてしまい、計測値０から僅かではあるが外れた状態を指示してしまう恐れもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３４７４５６号公報
【特許文献２】特許第３８２８７９２号公報
【特許文献３】特開２００７−２３２４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は、励磁コイルを無励磁状態から励磁状態に切り替えるとき、または、励磁状態から無励磁状態に切り替えるときの不要なマグネットロータの回転及び指針の挙動を低減できる指針装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決するための請求項１記載の発明は、複数の励磁コイル及び前記複数の励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータから構成されたステッピングモータと、前記マグネットロータの回転に連動して移動する指針と、前記励磁コイルに供給する駆動電圧を制御して、前記マグネットロータの回転を制御する回転制御手段と、を備えた指針装置において、前記回転制御手段が、前記励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態から前記励磁コイルに対して所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給して前記マグネットロータを停止させる状態に切り替える際に、前記所定位相の駆動電圧の電圧値を０から徐々に増加して前記所定電圧とすることを特徴とする指針装置に存する。
【００１３】
請求項２記載の発明は、複数の励磁コイル及び前記複数の励磁コイルの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータから構成されたステッピングモータと、前記マグネットロータの回転に連動して移動する指針と、前記励磁コイルに供給する駆動電圧を制御して、前記マグネットロータの回転を制御する回転制御手段と、を備えた指針装置において、前記回転制御手段が、前記励磁コイルに所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給して前記マグネットロータを停止させた状態から前記励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態に切り替える際に、前記所定位相の駆動電圧の電圧値を０まで徐々に小さくして前記駆動電圧の供給を停止することを特徴とする指針装置に存する。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、回転制御手段が、励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態から励磁コイルに対して所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給してマグネットロータを停止させる状態に切り替える際に、所定位相の駆動電圧の電圧値を０から徐々に増加して所定電圧とするので、無励磁状態から励磁状態に切り替えるときの不要なマグネットロータの回転及び指針の挙動を低減できる。これにより、その後行われる初期化動作の開始時間も短くなり、逆戻し角度も小さくできる。
【００１５】
請求項２記載の発明によれば、回転制御手段が、励磁コイルに所定位相、所定電圧の駆動電圧を供給してマグネットロータを停止させた状態から励磁コイルに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態に切り替える際に、所定位相の駆動電圧の電圧値を徐々に小さくして駆動電圧の供給を停止するので、励磁状態から無励磁状態に切り替えるときの不要なマグネットロータの回転及び指針の挙動を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の指針装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す指針装置の部分分解斜視図である。
【図３】図１に示すステッピングモータを構成する励磁コイル及びマグネットローラなどを示す図である。
【図４】図１に示す指針装置を構成するマイコンの処理手順を示すフローチャートである。
【図５】電源のオンオフ、イグニッションスイッチのオンオフ、図１に示す指針装置を構成するＡ相、Ｂ相励磁コイルに供給される駆動電圧のタイムチャートである。
【図６】図１に示す指針装置を構成するＡ相励磁コイル及びＢ相励磁コイルに供給する駆動電圧と位相との関係を示す図である。
【図７】図１に示す指針装置を構成するマグネットロータの挙動を説明するための説明図である。
【図８】図１に示す指針装置を構成するマグネットロータの回転角度と、従来の指針装置を構成するマグネットロータの回転角度を示すグラフである。
【図９】他の実施形態における駆動電圧のタイムチャートである。
【図１０】従来の指針装置の制御を司るマイコンの動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】電源のオンオフ、イグニッションスイッチのオンオフ、従来の指針装置を構成するＡ相、Ｂ相励磁コイルに供給される駆動電圧のタイムチャートである。
【図１２】従来の指針装置を構成するＡ相、Ｂ相励磁コイルに供給する駆動電圧と位相との関係を示す図である。
【図１３】従来の指針装置の指針の挙動を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の指針装置について図１〜図３を参照して説明する。図１は、本発明の指針装置の一実施形態を示すブロック図である。図２は、図１に示す指針装置の部分分解斜視図である。図３は、図１に示すステッピングモータを構成する励磁コイルおよびマグネットローラなどを示す図である。
【００１８】
図１に示すように、指針装置１は、複数の指針２（図２参照）と、これら指針２をそれぞれ駆動する複数のステッピングモータ３と、これらステッピングモータ３の回転を制御する回転制御手段としてのマイクロコンピュータ（以下マイコン４）と、各種データを格納する不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ５と、を備えている。
【００１９】
上記指針２は、図２に示すように、速度センサなどのセンサの計測値を示す目盛りが設けられた文字板上に設けられている。上記ステッピングモータ３は各々、図３に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂと、これらＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂを支持するステータ３２と、これらＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの励磁状態の変化に追従して回転するマグネットロータ３３と、マグネットロータ３３の駆動力を指針２に伝えるギア３４ａ〜３４ｃ（ギア３４ｂ、３４ｃについては図２参照）と、これらを収容するケース（図２参照）と、を備えている。
【００２０】
図３に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂは、軸方向が９０度で交差するようにステータ３２に取り付けられている。ステータ３２は、上記Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂや後述するマグネットロータ３３を囲むヨーク３２ａと、ヨーク３２ａから内側に突出し、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂが巻き付けられたコイルボビンを支持するポール３２ｂと、を備えている。
【００２１】
マグネットロータ３３は、円盤状に設けられ、その外周に沿ってＮ極Ｓ極が交互に３極づつ着磁されている。ギア３４ａは、マグネットロータ３３の回転軸に固定されている。ギア３４ｂは、図２に示すように、指針２の回転軸に固定されている。ギア３４ｃは、図２に示すように、マグネットロータ３３に固定されたギア３４ａと、指針２に固定されたギア３４ｂと、の双方に噛み合うように設けられている。これにより、マグネットロータ３３が回転するとギア３４ａ〜３４ｃを介して指針２も回転する。
【００２２】
また、上記ステッピングモータ３は、図２に示すように、マグネットロータ３３の回転に連動する片３５と、片３５と当接してステッピングモータ３の回転を機械的に停止させるストッパ３６と、を有している。片３５は、上述したギア３４ｂに固定された円盤部３７に突設されている。ストッパ３６は、ケースに突設されている。上述した片３５とストッパ３６とが当接したときに指針２が文字板に設けた目盛り上の計測値０を指示するように、指針２がステッピングモータ３の回転軸に打ち込まれている。
【００２３】
上記マイコン４は、図１に示すように、電源ＩＣ６からの電源供給を受けて動作する。電源ＩＣ６は、車載バッテリＢからマイコン４に対する供給電圧を生成する。また、上記マイコン４には、イグニッションスイッチＩＧがインタフェース（以下Ｉ／Ｆ）７を介して接続されている。上記マイコン４は、駆動回路４１として機能し、ステッピングモータ３のＡ相励磁コイル３１ａ、Ｂ相励磁コイル３１ｂに対して駆動電圧を出力している。なお、本実施形態では、マイコン４を駆動回路４１として機能させていたが、マイコン４とは別に駆動回路４１を設けても良い。
【００２４】
次に、上述した構成の指針装置１の動作について図４を参照して説明する。図４は、図１に示す指針装置１を構成するマイコン４の処理手順を示すフローチャートである。
【００２５】
上述したマイコン４は、イグニッションスイッチＩＧがオンされ、スリープモードから通常モードに移行してウエイクアップされると（ステップＳ１でＹ）、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対して所定位相の駆動電圧を供給すると共に、図５中の点線で囲んだ部分に示すように、この駆動電圧のデューティを０から徐々に大きくする（ステップＳ２）。本実施形態では、図６に示すように位相π／４の駆動電圧を出力している。即ち、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの−側をグランドに接続し、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの＋側に互いに同じ大きさ（即ち同じデューティ）の駆動電圧を供給している。マイコン４は、所定デューティ（例えば７０％）に達するまで駆動電圧のデューティを大きくする。
【００２６】
駆動電圧のデューティが所定デューティに達すると（ステップＳ３でＹ）、マイコン４は、指針２を強制的に計測値０に向かって逆回転させる初期化動作を行う（ステップＳ４）。指針２を逆回転させるようにステッピングモータ３の回転を制御すると、指針２が計測値０に達したところで片３５とストッパ３６とが当接して、指針２が０位置で強制的に停止する。その後、マイコン４は、指針２がセンサの計測値を指示するように駆動する通常動作を行う（ステップＳ５）。
【００２７】
その後、イグニッションスイッチＩＧがオフされ、スリープ条件が成立すると（ステップＳ６でＹ）、再び初期化動作を行った後（ステップＳ７）、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対して所定位相（π／４）、所定デューティ（７０％）の駆動電圧を供給してステッピングモータ３の回転を停止させると共に、図５忠の一点鎖線で囲んだ部分に示すように、この駆動電圧のデューティーを徐々に小さくする（ステップＳ８）。マイコン４は、０％に達するまで駆動電圧のデューティを小さくする。
【００２８】
駆動電圧のデューティが０％に達すると（ステップＳ９でＹ）、マイコン４は、Ａ相励磁コイル３１ａ及びＢ相励磁コイル３１ｂが無励磁に制御されたとして、再びステップＳ１に戻る。
【００２９】
上述した動作の詳細を図６〜図８を参照して説明する。ウエイクアップすると、マイコン４は、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの両者が無励磁となる図６中の０点からＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの＋側にデューティ７０％の駆動電圧が印加される図６中の黒丸に向かうように、０点と黒丸とを結ぶ線に従って駆動電圧のデューティを徐々に増加させる。その後、図６に示す円に沿った駆動電圧を出力することでマグネットロータ３３を正回転、逆回転させて初期化動作や通常動作を行う。
【００３０】
Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂが無励磁の場合、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に示すように、鉄（ステータ３２）とマグネットロータ３３との関係からその時々で釣り合いの取れる位置で停止するが、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに位相π／４の駆動電圧を出力してマグネットロータ３３を停止させると、図７（Ａ）に示すように、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに発生する磁界に応じた位置にマグネットロータ３３が回転してしまう場合がある。
【００３１】
このとき、従来ではＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対して無励磁から急にデューティ７０％の大きな駆動電圧をかけた状態になるため、図８の点線で示すように、図７（Ａ）に示す位置付近でマグネットロータ３３が振動し、マグネットロータ３３に不要な動き（回転）が発生してしまう。これに対して本実施形態では、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態からＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対して位相π／４、デューティ７０％（＝所定電圧）の駆動電圧を供給してマグネットロータ３３を停止させる状態に切り替える際に、位相π／４の駆動電圧のデューティを徐々に増加してデューティ７０％にするので、図８の実線で示すように、図７（Ａ）に示す位置付近でマグネットロータ３３の振動が低減し、無励磁状態から励磁状態に切り替えるときの不要なマグネットロータ３３の回転及び指針２の挙動を低減できる。これにより、その後行われる初期化動作の開始時間も短くなり、逆戻し角度も小さくできる。
【００３２】
その後、スリープ条件が成立すると、マイコン４は、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの＋側にデューティ７０％の駆動電圧が印加される図６中の黒丸からＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂの両者が無励磁となる図６中の０点に向かうように、黒丸と０点とを結ぶ線に沿って駆動電圧のデューティを徐々に減少させる。
【００３３】
Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに位相π／４の駆動電圧をかけてマグネットロータ３３を停止させた場合、図７（Ａ）に示すように、マグネットロータ３３は、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂ（ステータ３２を含む）に発生する磁界に応じた位置に停止するが、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給を遮断すると、鉄（ステータ３２）とマグネットロータ３３との関係になるため、図７（Ｂ）又は図７（Ｃ）に示すように、その時々で釣り合いの取れる位置に回転してしまう場合がある。
【００３４】
このとき、従来ではＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対してデューティ７０％の駆動電圧をかけた状態から急に無励磁にするため、図８の点線で示すように、図７（Ｂ）又は（Ｃ）に示す位置付近でマグネットロータ３３が振動し、マグネットロータ３３に不要な動き（回転）が発生してしまう。これに対して本実施形態では、Ａ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに位相π／４、デューティ７０％の駆動電圧を供給してマグネットロータ３３を停止させた状態からＡ相、Ｂ相励磁コイル３１ａ、３１ｂに対する駆動電圧の供給を停止した無励磁状態に切り替える際に、所定位相の駆動電圧のデューティを徐々に小さくして駆動電圧の供給を停止するので、図８の実線で示すように、図７（Ｂ）又は図７（Ｃ）に示す位置付近でのマグネットロータ３３の振動が低減し、励磁状態から無励磁状態に切り替えるときの不要なマグネットロータ３３の回転及び指針２の挙動を低減できる。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、マイコンを駆動回路として機能させ、駆動電圧のデューティを変化させることにより、駆動電圧の電圧値を変化させていたが、本発明はこれに限ったものではない。マイコンとは別の駆動回路を設けて、駆動電圧の電圧値そのものを増加させたり、減少させるものであってもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態では、駆動電圧のデューティを０からデューティ７０％に達するまでの間やデューティ７０％から０に達するまでの期間、均等にデューティを増減させていたが、本発明はこれに限ったものではない。例えば、図９（Ａ）に示すように、駆動電圧のデューティを増加させ始める期間と、増加させた結果、デューティ７０％に達する直前の期間と、をその間の期間よりもゆるやかに増加させるようにしてもよい。また、図９（Ｂ）に示すように、駆動電圧のデューティを減少し始める期間と、減少させた結果、０に達する直前の期間と、をその間の期間よりも緩やかに減少させるようにしてもよい。
【００３７】
また、前述した実施形態は本発明の代表的な形態を示したに過ぎず、本発明は、実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１      指針装置
２      指針
３      ステッピングモータ
４      マイコン（回転制御手段）
３１ａ  Ａ相励磁コイル（励磁コイル）
３１ｂ  Ｂ相励磁コイル（励磁コイル）
３３    マグネットロータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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