(57)【要約】【課題】  帰零動作時の指針の振れを防止し且つ再作動時の脱調を防止することができる車両用表示計器を提供する。【解決手段】  ステータの励磁コイル１２への電力供給を停止するための電気角検出ポイントＰを、ストッパ機構１７により規定される指針１４の帰零位置における各励磁コイル１２への給電電圧の適正な電気角の近傍であって該電気角の直前の電気角に設定する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる極性の磁極が周方向へ交互に配列されたロータと該ロータを回転させるべく極性が変化する磁極を有し励磁コイルが設けられたステータとを有するステッピングモータと、該ステッピングモータの作動により回動する指針と、該指針の適正な帰零位置を規定するストッパとを備え、該ストッパにより規定される前記ロータの回転角に対応する電気角の近傍にモータロック電気角検出ポイントを設け、帰零作動時、前記励磁コイルへの給電電圧の電気角が前記検出ポイントに達したとき、前記励磁コイルへの電力の供給を停止する車両用表示計器であって、前記検出ポイントは、前記指針が前記帰零位置に達する直前の電気角に設定されていることを特徴とする車両用表示計器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、指針を回動させるための駆動源にステッピングモータが用いられた車両用表示計器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば速度計のような車両用表示計器として、測定値を指し示す指針を回動させるための駆動源にステッピングモータが用いられたものが知られている（例えば、特許文献１乃至４参照。）。
【０００３】
ステッピングモータは、異なる極性の磁極が周方向へ交互に配列されたロータと、励磁コイルが設けられたステータとを有する。励磁コイルに供給される電流に応じてステータの磁極の極性が変化すると、ロータ及びステータ間の磁気作用によりロータが回転する。このロータの回転は、歯車列を経て指針に伝えられる。
【０００４】
このようなステッピングモータが用いられた車両用表示計器では、イグニッションスイッチのオフ操作による帰零動作でロータの回転を指針に伝達する歯車列のバックラッシュ又はその製造誤差等に拘わらず指針をストッパにより規定される適正な帰零位置に確実に戻すために、励磁コイルへの給電電圧の電気角に基づいて、励磁コイルへの電力の供給が制御されている。すなわち、帰零位置における励磁コイルへの給電電圧の適正な電気角の近傍であって該電気角よりも僅かに進んだ電気角に所定の電気角検出ポイントが設けられており、帰零動作時、励磁コイルへの給電電圧の電気角が検出ポイントに達したとき、励磁コイルへの電力の供給が停止される。
【０００５】
従って、帰零作動時、指針が帰零位置に達した後に励磁コイルへの電力の供給が停止されるので、例えば温度上昇に伴うストッパの膨張によりストッパによる規制位置が適正な規定位置からずれない限り、指針を適正な帰零位置に確実に戻すことができる。
【特許文献１】特開２００２−２５０６４１号（第４−９頁、図５）
【特許文献２】特開２００２−２６７５０１号（第５−１４頁、図５）
【特許文献３】特開２００２−２７２１９０号（第６−１３頁、図５）
【特許文献４】特開２００３−１２５５９９号（第３−８頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、帰零作動時、指針が帰零位置に達した後、励磁コイルに供給される電力の電気角が検出ポイントに達するまで励磁コイルには引き続き電力が供給され続けることから、指針がストッパに当たってその作動を停止するとき、指針に振れが生じてしまうことがある。
【０００７】
また、例えばストッパの熱膨張によってストッパによる規制位置が適正な帰零位置よりも手前にずれると、励磁コイルへの電圧の供給を停止するための電気角検出ポイントとロータの回転位置に対応する電気角との間に大きなずれが生じ、車両用表示計器の再作動時にロータの磁極配列とステータの磁極配列との対応関係が適切な対応関係からずれてしまい、いわゆる脱調が生じることがあった。
【０００８】
本発明の目的は、帰零動作時の指針の振れを防止し且つ再作動時の脱調を防止することができる車両用表示計器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、ステータの励磁コイルへの電力供給を停止するための電気角検出ポイントを、ストッパにより規定される指針の帰零位置における励磁コイルへの給電電圧の適正な電気角の近傍であって該電気角よりも手前に設定するという基本構想に立脚する。
【００１０】
すなわち、本発明に係る請求項１に記載の発明は、異なる極性の磁極が周方向へ交互に配列されたロータと該ロータを回転させるべく極性が変化する磁極を有し、励磁コイルが設けられたステータとを有するステッピングモータと、該ステッピングモータの作動により回動する指針と、該指針の適正な帰零位置を規定するストッパとを備え、該ストッパにより規定される前記ロータの回転角に対応する電気角の近傍にモータロック電気角検出ポイントを設け、帰零作動時、前記励磁コイルへの給電電圧の電気角が前記検出ポイントに達したとき、前記励磁コイルへの電力の供給を停止する車両用表示計器であって、前記検出ポイントは、前記指針が前記帰零位置に達する直前の電気角に設定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の構成によれば、指針が帰零位置に達する直前の電気角にモータロック電気角検出ポイントが設定されていることから、帰零作動時、励磁コイルへの給電電圧の電気角が帰零位置に対応した適正な電気角に達する直前に励磁コイルへの電力の供給が停止されるので、従来のようなステッピングモータへの過給電による指針の振れを防止することができる。
【００１２】
また、帰零作動時、励磁コイルへの給電電圧の電気角が帰零位置に対応した適正な電気角に達する直前に励磁コイルへの電力の供給が停止されることから、例えばストッパの熱膨張によってストッパによる規制位置が適正な帰零位置よりも手前にずれても、このずれによって、励磁コイルへの電力の供給を停止するための電気角検出ポイントとロータの回転位置に対応する電気角との間に従来のような大きなずれが生じることはない。これにより、車両用表示計器の再作動時に、ロータの磁極配列とステータの磁極配列との対応関係に従来のような脱調を生じさせるほどの大きなずれが生じることを防止することができるので、脱調の発生を確実に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を図示の実施例に沿って説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、車両の走行速度を表示する速度計に本発明を適用した例を示す。車速計１０は、従来よく知られているように、その図示しない表示板に設けられた文字及び数字等を該表示板上を回動する指針１４で指し示すことにより車速を表示する。
【００１５】
本発明に係る車速計１０すなわち車両用表示計器１０は、図１に示すように、ステッピングモータ１３と、該ステッピングモータの作動を制御する制御回路２３と、駆動回路２４と、電気角検出回路２５とを備える。
【００１６】
制御回路２３は、車両に設けられたバッテリＢから電力の供給を受け、イグニッションスイッチ２８の操作により起動する。制御回路２３は、車速指示制御部２６と帰零処理部２７とを有する。
【００１７】
車速指示制御部２６は、車両に設けられた車速センサ２９から受ける走行速度を示す信号に基づいて指針１４の回動方向及び回動位置を演算し、演算した回動方向及び回動位置に指針１４を回動させるための駆動制御信号を駆動回路２４に送る。
【００１８】
帰零処理部２７は、イグニッションスイッチ２８がＯＮ状態からＯＦＦ状態になったとき、指針１４を帰零位置に回動させる帰零処理を行う。電気角検出回路２５は、ステッピングモータ１３の帰零作動時、該ステッピングモータへの給電電圧の所定の電気角を検出し、その検出信号を帰零処理部２７に送る。帰零処理部２７は、電気角検出回路２５から検出信号を受けると、その帰零処理により、各励磁コイル１２への電力の供給を停止させる帰零制御信号を駆動回路２４に送る。
【００１９】
駆動回路２４は、従来よく知られているように、車速指示制御部２６から駆動制御信号を受けると、指針１４の回動方向及び回動位置に応じた回転位置に回動させるために、ステッピングモータ１３に駆動電圧を供給する。また、駆動回路２４は、帰零処理部２７から帰零制御信号を受けると、ステッピングモータ１３への給電を停止するように作動する。
【００２０】
このように制御回路２３によって給電が制御されるステッピングモータ１３は、図１に示すように、従来におけると同様、ロータ１１及び一対の励磁コイル１２を有する。ロータ１１は、円柱状をなしており、図示しない回転軸を有する。ロータ１１の外周面には、図示の例では、５つのＮ極と５つのＳ極とが周方向に交互に着磁されている。一対の励磁コイル１２は、従来よく知られているように、図示しないステータのヨークに巻き付けられており、ロータ１１に磁気作用を及ぼす。
【００２１】
ずなわち、図２に示すように、各励磁コイル１２に制御回路２３の制御下で駆動回路２４から互いに位相を９０度ずらした余弦波状の電圧と正弦波状の電圧とがそれぞれ印加されると、印加された電圧の電気角に応じて各励磁コイル１２が巻かれた前記ヨークの磁極の極性が変化し、これにより、前記ヨークの磁極とロータ１１の磁極との間に磁気吸引力又は磁気排斥力が生じる。この磁気作用力により、ロータ１１は、車速センサ２９の検出信号に応じて、その前記回転軸の周りに各励磁コイル１２への給電電圧の電気角に応じた回転位置まで回転する。
【００２２】
また、本発明に係る車両用表示計器１０には、ステッピングモータ１３の回転力を出力軸１５に減速して伝える減速歯車列１６と、指針１４の帰零位置を規定するストッパ機構１７とが設けられている。
【００２３】
減速歯車列１６は、ロータ１１に同軸的に固定され、該ロータと一体に回転する図示しないピニオンと、出力軸１５の周りに該出力軸と一体に回転する出力段ギア１９と、前記ピニオンに噛合する大径中間ギア２０ａと、該大径中間ギアと一体に回転し、出力段ギア１９に噛合する小径中間ギア２０ｂとを有する。出力段ギア１９とロータ１１との減速比は、図示の例では、１：３６に設定されている。すなわち、ロータ１１が３６度回転すると、出力段ギア１９の出力軸１５に固定された指針１４は１度回転する。この減速歯車列１６を経てロータ１１の回転が指針１４に伝えられることから、指針１４は車速センサ２９の検出信号に応じた正しい速度を指し示すように回動する。
【００２４】
指針１４の帰零位置を規定するストッパ機構１７は、減速歯車列１６の出力段ギア１９の表面１９ａに該表面から突出して形成されたストッパ部２１と、該ストッパ部に当接可能なアーム部２２とを備える。アーム部２２は、例えばステッピングモータ１３及び減速歯車列１６が収容される図示しないハウジングに設けられている。指針１４の帰零位置は、図示の例では、ストッパ部２１が出力段ギア１９の図１で見て反時計回り方向への回転を規制するようにアーム部２２に当接することにより規定される。ストッパ部２１がアーム部２２に当接した状態では、指針１４は前記表示板の「０」を指し示す正規の帰零位置に位置する。
【００２５】
制御回路２３の車速指示制御部２６からの駆動制御信号に基づいて駆動回路２４から各励磁コイル１２に印加される電圧の電気角と、該電気角に応じたロータ１１の回転角度との関係を図２に沿って説明する。
【００２６】
各励磁コイル１２に印加される電圧の電気角が３６０度増加すると、すなわち余弦波及び正弦波が一周期進むと、ロータ１１は、図２（ｂ）に示す例では、時計回り方向へ７２度回転する。このとき、指針１４は、帰零位置から離れる方向すなわち離零方向へ２度回動する。
【００２７】
また、指針１４が帰零位置から離れた回動位置にあるとき、各励磁コイル１２への給電電圧の電気角が減少すると、ロータ１１は各励磁コイルへ１２への給電電圧の電気角に応じて図２（ｂ）で見て反時計回り方向へ回転し、これにより、指針１４は、ロータ１１の回転角度に応じた回動位置に帰零方向へ回動する。
【００２８】
本発明に係る車両用表示計器１０では、適正な帰零位置に対応する各励磁コイル１２への給電電圧の規定の電気角（Ｘ）の近傍であって該電気角（Ｘ）に至る前の電気角（Ｐ）すなわち電気角の値が規定の電気角（Ｘ）よりも大きい電気角（Ｐ）に、各励磁コイル１２への電力供給を停止するためのモータロック電気角検出ポイントが設定されている。
【００２９】
図２（ａ）に示す例では、ストッパ機構１７により規定される指針１４の正規の帰零位置に対応する電気角Ｘが、０度と９０度との間に設定されており、電気角検出ポイントは、帰零位置に対応する電気角Ｘよりも４５度大きい電気角Ｐすなわちロータ１１が帰零位置に対応する回転位置よりも９度手前の回転位置に対応する電気角Ｐに設けられている。
【００３０】
ステッピングモータ１３の帰零作動時、各励磁コイル１２への給電電圧の電気角が電気角検出ポイントＰに達したとき、そのことが電気角検出回路２５で検出される。各励磁コイル１２への給電電圧の電気角が電気角検出ポイントＰに達したことが電気角検出回路２５で検出されると、前記したように、帰零処理部２７及び駆動回路２４を介して各励磁コイル１２への給電が停止される。これにより、各励磁コイル１２が巻かれた前記ヨークの磁極の極性が変化しなくなるので、ロータ１１の駆動回転が停止する。
【００３１】
図３は、ステッピングモータ１３の帰零作動時におけるロータ１１の回転角と各励磁コイル１２への給電電圧の電気角とのそれぞれの時間変化を示すグラフである。図３のグラフの縦軸は、ロータ１１の回転角及び各励磁コイル１２への給電電圧の電気角（ｄｅｇ）を表し、横軸は時間（ｔ）を表す。また、図３には、ロータ１１の回転角の特性線３０が実線で示されており、各励磁コイル１２への給電電圧の電気角の特性線３１が点線で示されている。また、図３には、各励磁コイル１２への電力の供給を停止するための電気角検出ポイントＰが黒丸で示されている。
【００３２】
ステッピングモータ１３の帰零作動時、前記したように、各励磁コイル１２への給電電圧の電気角が減少するので、ロータ１１は反時計回り方向すなわち回転角が減少する方向へ回転する。このロータ１１の回転により、指針１４は帰零位置（図３にＸで示された位置である。）へ向けて回動する。各励磁コイル１２への給電電圧の電気角が、電気角検出ポイントＰに達したとき、前記したように、駆動回路２４によって各励磁コイル１２への給電が停止される。これにより、ロータ１１は指針１４の帰零位置に対応する回転位置よりも帰零方向で見て９度手前の回転位置でその回転が停止する。このとき、前記したように、指針１４と一体に回転する出力段ギア１９とロータ１１との減速比が１：３６であることから、指針１４は適正な帰零位置に達する０．２５度手前でその回動が停止するが、指針１４の適正な帰零位置からのずれは僅かであるため、そのずれが目立つことはない。
【００３３】
イグニッションスイッチ２８がＯＦＦ状態からＯＮ状態になったとき、各励磁コイル１２には電気角検出ポイントＰの値の電圧が印加されるため、指針１４は電気角検出ポイントPに対応する回動位置を始点として回動する。
【００３４】
また、例えば出力段ギア１９に形成されたストッパ部２１の熱膨張により、ストッパ部２１による規制位置が適正な帰零位置よりも手前（図３にＸ´で示された位置である。）に０．５度ずれた場合、帰零作動時、図３の特性線３２に示すように、ロータ１１は適正な帰零位置に対応する回転位置よりも１８度手前の回転位置でその回転を停止する。このとき、電気角検出ポイントＰとロータ１１の回転が停止した回転位置に対応する電気角との間隔Ｃが、従来のように帰零位置における適正な電気角よりも僅かに進んだ電気角に検出ポイントＰ´（図３に白丸で示されている。）が設けられている場合のように大きくなることはない。このため、この状況下でイグニッションスイッチ２８をＯＦＦ状態からＯＮ状態にしたとき、ロータ１１の磁極配列と前記ステータの磁極配列との対応関係に、図３に特性線３３で示す従来のような脱調を生じさせるほどの大きなずれを生じさせることはない。従って、指針１４は、ストッパ部２１による規制位置が適正な帰零位置であるときと同様に、電気角検出ポイントＰに対応する回動位置を始点として回動する。
【００３５】
本実施例によれば、前記したように、指針１４の帰零位置に対応する電気角よりも９０度大きい電気角にモータロック電気角検出ポイントＰが設定されていることから、帰零作動時、励磁コイル１２への給電電圧の電気角が帰零位置に対応した適正な電気角Ｘに達する直前に励磁コイル１２への電力の供給が停止されるので、従来のようなステッピングモータ１３への過給電による指針１４の振れを防止することができる。
【００３６】
また、前記したように、帰零作動時、励磁コイル１２への給電電圧の電気角が帰零位置に対応した適正な電気角Ｘに達する直前に励磁コイル１２への電力の供給が停止されることから、例えばストッパの熱膨張によってストッパによる規制位置が適正な帰零位置よりも手前にずれても、このずれによって、励磁コイル１２への電力の供給を停止するための電気角検出ポイントＰとロータ１１の回転位置に対応する電気角との間に従来のような大きなずれが生じることはない。これにより、車両用表示計器１０の再作動時に、ロータ１１の磁極配列と前記ステータの磁極配列との対応関係に従来のような脱調を生じさせるほどの大きなずれが生じることを防止することができるので、脱調の発生を確実に抑制することができる。
【００３７】
本実施例では、電気角検出ポイントＰが適正な帰零位置に対応する電気角よりも４５度大きい電気角に設定されている例を示したが、これに代えて、帰零位置に対応する電気角よりも９０度大きい電気角に電気角検出ポイントＰを設定することができる。
【００３８】
この場合、ロータ１１が帰零位置に対応する回転位置へ向けて帰零方向へ回転したとき、帰零位置に対応する回転位置よりも１８度手前の回転位置で電気角が検出される。このため、指針１４が固定された出力軸１５と一体に回転する出力段ギア１９とロータ１１との減速比が１：３６であることから、指針１４はその適正な帰零位置よりも０．５度手前でその回動が停止するが、指針１４の適正な帰零位置からのずれは僅かであるため、そのずれが目立つことはない。
【００３９】
また、本実施例では、ストッパ部２１による規制位置が適正な帰零位置よりも手前に０．５度ずれた場合の例を示したが、ストッパ部２１による規制位置の適正な帰零位置からのずれが０．５度を超えない限り、前記したと同様の効果を得ることができる。
【００４０】
更に、本実施例では、本発明を速度計に適用した例を示したが、これに代えて、本発明を例えばエンジンの回転数を表示するエンジン回転数計のような車両用計器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る車両用表示計器を概略的に示す模式図及びブロック図である。
【図２】（ａ）は、各励磁コイルへの給電電圧の電気角を示し、（ｂ）は、各励磁コイルへの給電電圧の電気角に対応したロータの回転角を示す。
【図３】各励磁コイルへの給電電圧の電気角とロータの回転角との時間変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１１  ロータ
１２  励磁コイル
１３  ステッピングモータ
１４  指針
１７  ストッパ（ストッパ機構）
Ｐ  モータロック電気角検出ポイント
１０  車両用表示計器
【図１】
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【図２】
2006105753.tif 000004
【図３】
2006105753.tif 000005