JP2002039808A - 車両用指示計器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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に
ステップモータに印加する交流信号の更新時間を、指針
の帰零位置の検出時には長くしてステップモータの界磁
巻線の誘導電圧を適正に検出する。 【解決手段】 ステップモータへのＡ相及びＢ相の駆動
電圧は、通常駆動時のパルス幅Ｗ１に対応する更新時間
ｔ１よりも２倍長い更新時間ｔ２（パルス幅Ｗ１に対
応）で印加される。このため、ステップモータの界磁巻
線に生ずる誘導電圧が十分に上記更新時間ｔ２でもって
立ち上がることから、この誘導電圧でもってステップ１
３０の判定を行い、指針のストッパとの係合時に帰零位
置の調整及び駆動電圧の印加の停止を行う。

Description

【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、ス
テップモータが、そのマグネットロータにより指針を回
動させて指示表示するようになっている。この指示計器
では、ステップモータのマグネットロータは、通常、多
極着磁型ロータであるのが通常であるから、ステップモ
ータに例えば正弦波状駆動電圧を与えた場合、マグネッ
トロータには複数の安定回転位置が存在する。

【０００３】このため、ステップモータの回転軸に過負
荷が加わった場合に、当該ステップモータは容易に脱調
し、マグネットロータの回転位置が隣接の安定回転位置
にずれる。このような現象は、例えば、指示計器が車速
計の場合、その指示値を誤って示すことになるため、使
用上問題がある。

【０００４】そこで、通常は、ステップモータへの電源
投入時や電源遮断時に、指針を零値よりも負側に向けて
回動するようにステップモータを駆動し、指針を目盛り
盤のストッパに当てて、一定の回転位置にてマグネット
ロータを停止させることで、指針の原点位置を出すよう
にして、脱調を調整するようにしている。

【０００５】しかし、指針がストッパに当たった時点
で、ステップモータへの駆動電圧の印加を停止しない
と、指針が、小刻みに振れた状態となり、ストッパを繰
り返し叩く音を発生する。このため、指針がストッパに
当たった時点でマグネットロータの回転の停止を電気的
に検出してステップモータへの駆動電圧の印加を停止す
るようにしている。

【０００６】例えば、指針がストッパに当たるまでは、
マグネットロータが回転しているため、ステップモータ
のステータの界磁巻線に誘導電圧が発生する。また、指
針がストッパに当たると、マグネットロータの回転が停
止するため、上記界磁巻線には誘導電圧は発生しない。
このような誘導電圧の差を利用してマグネットロータの
回転の停止を検出する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記指示計
器が車速計や回転計の場合、ステップモータには、車速
変動やエンジン回転数変動に追従できるだけの迅速な応
答性が要求されるため、ステップモータへ印加する駆動
電圧の更新時間を短くすることで、ステップモータの最
高回転速度を高めている。一般には、上記更新時間は
０．５ｍｓ乃至１．５ｍｓとなっている。

【０００８】しかし、マグネットロータの回転位置の検
出が、この更新時間での駆動電圧に基づく誘導電圧の検
出で行われると、上記更新時間が短いために界磁巻線に
誘導される電圧が十分には立ち上がらず低い電圧に留ま
ることから、当該誘導電圧の検出が困難である。

【０００９】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にス
テップモータに印加する交流信号の更新時間を、指針の
帰零位置の検出時には長くしてステップモータの界磁巻
線の誘導電圧を適正に検出することを目的とする。

【００１０】

【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（１１）を有する目盛り盤（１０
ａ）と、目盛り盤の面に沿い回動するように支持された
指針（２０）と、アナログ値表示部の下限値を特定する
帰零位置にて指針を停止させるストッパ手段（１３）
と、交流信号の入力により励磁される界磁巻線（３４
ａ、３４ｂ）を備えたステータ（３０ａ）と、このステ
ータ内で同軸的に回転可能に支持されて界磁巻線の励磁
に応じて回転するマグネットロータ（３０ｂ）とを備
え、マグネットロータの回転に伴い指針を回動するステ
ップモータ（Ｍ）と、界磁巻線に更新時間毎に交流信号
を入力する入力手段（６０ａ、６０ｂ、１１０、１２
０、１２１、１３０、１４０）とを備える。

【００１１】当該入力手段は、指針の帰零位置を調整す
るときには、交流信号を上記更新時間を長くして界磁巻
線に入力し、交流信号が零レベルを経た後界磁巻線に生
ずる誘導電圧が閾値に達したとき指針のストッパ手段に
よる停止に基づくマグネットロータの停止と判定し、交
流信号の界磁巻線への入力を停止する。

【００１２】このように、針の帰零位置を調整するとき
には、交流信号の更新時間を通常駆動時よりも長くする
ので、指針がストッパ手段により停止されるときに界磁
巻線に生ずる誘導電圧を、通常駆動時の更新時間のとき
の誘導電圧よりも大きく立ち上げ得る。その結果、上記
閾値を大きくすることができ、指針のストッパ手段によ
る停止に基づくマグネットロータの停止を精度よく判定
でき、この判定により交流信号の界磁巻線への入力をタ
イミングよく停止できる。よって、指針の小刻みな振れ
等を招くことなく、指針の原点出しの調整を精度よく行
える。

【００１３】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】また、指示計器は、指針２０、回動内機３
０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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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パルス状の交流の駆動電
圧（図６参照）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。

【００２１】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、６
０ｂ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。

【００２２】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略正弦波
状の交流の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３
４ｂをＢ相界磁巻線という。これに伴い、界磁巻線３４
ａ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。また、ステップモ
ータＭの通常時の駆動電圧の更新時間は図６にて示すご
とくｔ１（０．５ｍｓ乃至１．５ｍｓの範囲の時間）と
なっている。

【００２３】ここで、駆動回路６０ａから界磁巻線３４
ａ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。

【００２４】これにより、これら両切り替えスイッチ７
０、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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】ついで、ステップ１１０において、Ａ相及
びＢ相の各略正弦波状の交流の駆動電圧（図７参照）を
パルス幅Ｗ２（更新時間ｔ２に対応する）にて各駆動回
路６０ａ、６０ｂへ出力する処理がなされる。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。ここで、パルス幅Ｗ２は更新
時間ｔ２は、後述する更新時間ｔ１（０．５ｍｓ乃至
１．５ｍｓの範囲の時間）の２倍に相当する（図７参
照）。

【００２８】上述のように駆動電圧の印加がなされる
と、マグネットロータ３０ｂが回転する。ここで、界磁
巻線３４ａにはＡ相駆動電圧に基づく電流が流れて誘導
電圧が発生し、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誘導電圧が発生する。これら両誘
導電圧は、その位相の変化に応じて、互いに異なるレベ
ルにて変化しつつ発生する。

【００２９】上記ステップモータＭの回転に伴い、回動
内機３０は、マグネットロータ３０ｂの回転に応じて指
針軸３１を介し指針２０を回動するが、この指針２０の
回動、即ち指示値の更新は、上記更新時間ｔ２でもって
なされる。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３０
ｂ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上か否かにつき
判定される。本実施形態では、当該閾値電圧は、所定電
圧（約０．５Ｖ）に設定されている。この所定電圧は、
上記パルス幅Ｗ２に対応する更新時間ｔ２が、通常駆動
時の更新時間ｔ１の２倍と長いこととの関係で設定され
ている。

【００３４】このような状態で、両ステップ１３０、１
２３の処理の繰り返し中において、誘導電圧が閾値電圧
以上になると、ステップ１３０における判定がＹＥＳと
なり、ステップ１３１にて指針２０が帰零位置にてスト
ッパ１３に係合したと判定し、ステップ１３２にてパル
ス幅Ｗ２の両駆動電圧の出力が停止される。

【００３５】この場合、上述のごとく更新時間ｔ２が通
常よりも長いために誘導電圧が図８にて符号ΔＶ２によ
り示すごとく、通常駆動時の更新時間ｔ１の時の誘導電
圧（図９にて符号ΔＶ１参照）よりも高く立ち上がるた
め、ステップ１３０でのＹＥＳとの判定が精度よく適正
になされ得る。よって、指針２０のストッパ１３との係
合によるステップモータＭの回転位置の原点出し（帰零
位置への指針２０の指示位置の調整）が精度よく行われ
るのは勿論のこと、ステップ１３２での駆動電圧の停止
もタイミングよく指針２０のストッパ１３との係合とほ
ぼ同時に行われるので、指針２０のストッパ１３との係
合時に生じがちな小刻みな振れが生ずることもない。

【００３６】上述のようにステップ１３２の処理が終了
すると、イグニッションスイッチＩＧがオフでなけれ
ば、ステップ１５０における判定がＮＯとなり、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Ａ相駆動電圧（図
６参照）がパルス幅Ｗ１（更新時間ｔ１に対応）にて印
加され、駆動回路６０ｂから界磁巻線３４ｂへＢ相駆動
電圧（図６参照）がパルス幅Ｗ１（更新時間ｔ１に対
応）にて印加される。

【００３７】これに伴い、ステップモータＭは、更新時
間ｔ１にて更新される両駆動電圧に基づき回転するが、
当該更新時間ｔ１は、上述のごとく短いため、指針２０
の指示値は迅速に更新される。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５
０の処理が終了する。このとき、両駆動電圧６０ａ、６
０ｂはその出力を終了する。

【００３８】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、台形波状電圧
等の交流信号であればよい。

【００３９】また、本発明の実施にあたり、上記実施形
態にて述べたように目盛り盤１０ａにストッパ１３を設
けるのではなく、指針軸３１の中間部位に当該ストッパ
１３を設けるとともに、配線板４０その他の静止部材に
ストッパ１３と係合可能に腕を設けて、指針２０が帰零
位置に達したときストッパ１３を上記腕に係合させるよ
うにして、指針２０の回動を停止するようにしてもよ
い。

【００４０】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。

【００４１】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へ通常駆動時に印加する各
駆動電圧波形を示すタイミングチャートである。

【図７】上記ステップモータへ帰零位置調整時に印加す
る各駆動電圧波形を示すタイミングチャートである。

【図８】指針の帰零位置調整時の誘導電圧波形を示すタ
イミングチャートである。

【図９】指針の通常指示時の誘導電圧波形を示すタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

１０ａ…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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【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（１１）を有す
   る目盛り盤（１０ａ）と、 前記目盛り盤の面に沿い回動するように支持された指針
   （２０）と、 前記アナログ値表示部の前記下限値を特定する帰零位置
   にて前記指針を停止させるストッパ手段（１３）と、 交流信号の入力により励磁される界磁巻線（３４ａ、３
   ４ｂ）を備えたステータ（３０ａ）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界磁巻線の励磁に
   応じて回転するマグネットロータ（３０ｂ）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（Ｍ）と、 前記界磁巻線に更新時間毎に前記交流信号を入力する入
   力手段（６０ａ、６０ｂ、１１０、１２０、１２１、１
   ３０、１４０）とを備え、 この入力手段は、前記指針の帰零位置を調整するときに
   は、前記交流信号を上記更新時間を長くして前記界磁巻
   線に入力し、前記交流信号が零レベルを経た後前記界磁
   巻線に生ずる誘導電圧が閾値に達したとき前記指針の前
   記ストッパ手段による停止に基づく前記マグネットロー
   タの停止と判定し、前記交流信号の前記界磁巻線への入
   力を停止するようにした車両用指示計器。