JP3013775B2 - ステッピングモータ式計器の駆動装置 - Google Patents
ステッピングモータ式計器の駆動装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D7/00—Indicating measured values
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
- G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
- G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
- G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
- G01P3/489—Digital circuits therefor
-
- G—PHYSICS
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
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- G01P1/07—Indicating devices, e.g. for remote indication
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- G—PHYSICS
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- G01R7/06—Instruments capable of converting two or more currents or voltages into a single mechanical displacement for forming a quotient moving-iron type
-
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- H02P8/22—Control of step size; Intermediate stepping, e.g. microstepping
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、可動コイル式ある
いは交差コイル式回転マグネット型等からなる電流計に
代ってデジタル制御の容易な計器ムーブメントとして用
いられ、たとえば、車輌用の走行速度やエンジン回転数
のごとき測定量をこれに比例した周波数信号入力に基づ
いて計測指示するステッピングモータ式計器の駆動装置
に関するものである。
いは交差コイル式回転マグネット型等からなる電流計に
代ってデジタル制御の容易な計器ムーブメントとして用
いられ、たとえば、車輌用の走行速度やエンジン回転数
のごとき測定量をこれに比例した周波数信号入力に基づ
いて計測指示するステッピングモータ式計器の駆動装置
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般にこの種の計器装置にあっては、計
器ムーブメントの駆動軸端に固着した指針を入力信号に
対応して回動し、計測する測定量を表す数字や目盛を施
した文字板との対比判読にて測定指示するようにしてお
り、通常は略均等の目盛によるリニアな指示特性にて指
示するよう構成される。
器ムーブメントの駆動軸端に固着した指針を入力信号に
対応して回動し、計測する測定量を表す数字や目盛を施
した文字板との対比判読にて測定指示するようにしてお
り、通常は略均等の目盛によるリニアな指示特性にて指
示するよう構成される。
【0003】特に、ステッピングモータは、くし歯ヨー
クの歯数やその形成ピッチによってマグネットロータの
ステップ動作が決定し、円滑な回転動作を得るために
は、歯数を多くしてくし歯のピッチを微小にするかある
いは駆動信号により所謂マイクロステップ駆動する必要
があり、使用条件に応じたステッピングモータ本体の許
容できる大きさや駆動回路を含むコストによってそれら
の形態が選択される。
クの歯数やその形成ピッチによってマグネットロータの
ステップ動作が決定し、円滑な回転動作を得るために
は、歯数を多くしてくし歯のピッチを微小にするかある
いは駆動信号により所謂マイクロステップ駆動する必要
があり、使用条件に応じたステッピングモータ本体の許
容できる大きさや駆動回路を含むコストによってそれら
の形態が選択される。
【0004】また、こうしたステッピングモータは、そ
の使用用途の如何にかかわらず小型であることが望まれ
ており、所謂PM型ステッピングモータが簡単な構成の
ため、ロータマグネットやくし歯ヨークの改良によって
使い易くなっている。
の使用用途の如何にかかわらず小型であることが望まれ
ており、所謂PM型ステッピングモータが簡単な構成の
ため、ロータマグネットやくし歯ヨークの改良によって
使い易くなっている。
【0005】さらに、処理回路のデジタル化(マイクロ
コンピュータによる制御)に対して、パルス信号制御が
なされるこうしたステッピングモータは、指針による文
字板目盛との対比読み取りを行なう指示計器のムーブメ
ントとしても注目され、たとえば、自動車用の走行速度
計やエンジン回転計さらには検出信号のA/D処理によ
り燃料計や温度計にも利用が可能であり、特開昭61−
129575号,特開平1−223312号等にて開示
されているように実用化に向けての種々の提案がなされ
ている。
コンピュータによる制御)に対して、パルス信号制御が
なされるこうしたステッピングモータは、指針による文
字板目盛との対比読み取りを行なう指示計器のムーブメ
ントとしても注目され、たとえば、自動車用の走行速度
計やエンジン回転計さらには検出信号のA/D処理によ
り燃料計や温度計にも利用が可能であり、特開昭61−
129575号,特開平1−223312号等にて開示
されているように実用化に向けての種々の提案がなされ
ている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
計器装置では前記速度計や回転計のように複数の指示計
器が同時に使用されるのが一般的であり、こうした計器
毎に処理回路を用意する場合には製品コストとの関係で
できるだけ安価な回路素子を用いる必要があり、それだ
け演算処理速度の遅い指示制御を余儀なくされていた。
計器装置では前記速度計や回転計のように複数の指示計
器が同時に使用されるのが一般的であり、こうした計器
毎に処理回路を用意する場合には製品コストとの関係で
できるだけ安価な回路素子を用いる必要があり、それだ
け演算処理速度の遅い指示制御を余儀なくされていた。
【0007】また、信号処理のデジタル化に伴って各指
示計器が独立に平行して処理されていた制御方式からマ
イクロコンピュータのごときデジタル処理回路によって
時分割処理がなされるようになってきており、各計器の
指示計測対象に対応した応答性によって演算処理周期が
割り振られ(速度計や回転計は早い周期、燃料計や温度
計は遅い周期)、駆動する指示計器の増加により演算処
理速度の高速な処理回路が必要とされてきている。
示計器が独立に平行して処理されていた制御方式からマ
イクロコンピュータのごときデジタル処理回路によって
時分割処理がなされるようになってきており、各計器の
指示計測対象に対応した応答性によって演算処理周期が
割り振られ(速度計や回転計は早い周期、燃料計や温度
計は遅い周期)、駆動する指示計器の増加により演算処
理速度の高速な処理回路が必要とされてきている。
【0008】しかしながら、製品コストとの関係で、高
価な処理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分
割駆動する場合には、ひとつの指示計器に割り振られる
演算処理周期の短縮に限界を生じ、たとえば、エンジン
回転数のように変化の激しい測定量に対応して指針を円
滑に回動させるに必要な駆動更新周期が10msecだ
として処理回路の演算処理周期の割り振り限界が20m
secしかとれないとすれば、指針は測定量の変化に対
して間欠的な動きしかできなくなり、指示計器としての
円滑な指示特性が得られない。
価な処理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分
割駆動する場合には、ひとつの指示計器に割り振られる
演算処理周期の短縮に限界を生じ、たとえば、エンジン
回転数のように変化の激しい測定量に対応して指針を円
滑に回動させるに必要な駆動更新周期が10msecだ
として処理回路の演算処理周期の割り振り限界が20m
secしかとれないとすれば、指針は測定量の変化に対
して間欠的な動きしかできなくなり、指示計器としての
円滑な指示特性が得られない。
【0009】特に、ステッピングモータは、くし歯ヨー
クの歯のピッチに対応したステップ動作を基本として、
駆動信号波形の補正によって円滑性を得るようにしてい
るが、測定量の変化に対して測定データ更新周期が大き
い場合はステッピングモータそのものへの駆動信号の変
化も大きくなり、測定量の変化が早いときにはそうした
指針の間欠的動きも指針の早い動きによって比較的目立
たないが、ステッピングモータ自体の応答性が優れてい
ることから逆に測定量の変化が緩やかな場合にはそうし
たデータの大きな変化がただちに指針の間欠的動作とな
って確認され、指示計器としての円滑な指示特性が得ら
れないという問題を有している。
クの歯のピッチに対応したステップ動作を基本として、
駆動信号波形の補正によって円滑性を得るようにしてい
るが、測定量の変化に対して測定データ更新周期が大き
い場合はステッピングモータそのものへの駆動信号の変
化も大きくなり、測定量の変化が早いときにはそうした
指針の間欠的動きも指針の早い動きによって比較的目立
たないが、ステッピングモータ自体の応答性が優れてい
ることから逆に測定量の変化が緩やかな場合にはそうし
たデータの大きな変化がただちに指針の間欠的動作とな
って確認され、指示計器としての円滑な指示特性が得ら
れないという問題を有している。
【0010】本発明は、測定データを演算処理し指示角
信号に変換出力する処理回路の変換処理能力すなわち変
換処理周期が、測定量の変化に対するステッピングモー
タの円滑な動作を得るに十分短くとれない場合にも、視
覚的には気にならない程度に円滑駆動できるようにする
ことを目的とする。
信号に変換出力する処理回路の変換処理能力すなわち変
換処理周期が、測定量の変化に対するステッピングモー
タの円滑な動作を得るに十分短くとれない場合にも、視
覚的には気にならない程度に円滑駆動できるようにする
ことを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、測定量に対応
したデジタル信号に基づいてステッピングモータを駆動
する駆動回路を有し、このステッピングモータの駆動軸
端に固定した指針により、前記測定量に対応した文字板
上の目盛を指示して前記測定量を表示する計器装置であ
って、前記測定量に対応したデジタル信号を入力し、所
定の周期にて指示角信号に変換する処理回路と、この処
理回路での変換周期にて出力される連続する前後の指示
角信号に対してその差を求め前記処理回路の変換周期よ
り短い周期の分割周期にてその分割数に相当する整数分
で前記差を除算し、次回の後続する変換周期において前
記分割周期毎に前記除算結果としての分割指示角分毎、
指示角信号を変化させる円滑回路を備えていることを特
徴とする。
したデジタル信号に基づいてステッピングモータを駆動
する駆動回路を有し、このステッピングモータの駆動軸
端に固定した指針により、前記測定量に対応した文字板
上の目盛を指示して前記測定量を表示する計器装置であ
って、前記測定量に対応したデジタル信号を入力し、所
定の周期にて指示角信号に変換する処理回路と、この処
理回路での変換周期にて出力される連続する前後の指示
角信号に対してその差を求め前記処理回路の変換周期よ
り短い周期の分割周期にてその分割数に相当する整数分
で前記差を除算し、次回の後続する変換周期において前
記分割周期毎に前記除算結果としての分割指示角分毎、
指示角信号を変化させる円滑回路を備えていることを特
徴とする。
【0012】また本発明は、、前記測定量に対応したデ
ジタル信号Dを入力し、所定の周期にて指示角信号θに
変換する処理回路と、この処理回路での変換周期にて出
力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信号θh
に対する差Δθを求め、前記処理回路の周期の1/n
(nは2以上の整数)に相当する短い周期毎に、前回の
指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示角を順次加算
して変化させる円滑回路を備えていることを特徴とす
る。
ジタル信号Dを入力し、所定の周期にて指示角信号θに
変換する処理回路と、この処理回路での変換周期にて出
力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信号θh
に対する差Δθを求め、前記処理回路の周期の1/n
(nは2以上の整数)に相当する短い周期毎に、前回の
指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示角を順次加算
して変化させる円滑回路を備えていることを特徴とす
る。
【0013】また本発明は、前記処理回路が、他の指示
計器を含む複数の指示計器を駆動するための指示信号を
生成するとともに、時分割処理によって各指示計器への
指示信号を生成出力するよう構成され、前記変換周期が
前記時分割処理によって割り当てられる処理可能時間以
上であることを特徴とする。
計器を含む複数の指示計器を駆動するための指示信号を
生成するとともに、時分割処理によって各指示計器への
指示信号を生成出力するよう構成され、前記変換周期が
前記時分割処理によって割り当てられる処理可能時間以
上であることを特徴とする。
【0014】また本発明は、前記複数の指示計器がすべ
てステッピングモータ式計器であることを特徴とする。
てステッピングモータ式計器であることを特徴とする。
【0015】また本発明は、前記変換周期より短い周期
毎に変化させる指示角の更新処理を、前記変換周期に略
同期した時点もしくはそれより前記短い周期の一周期後
の時点から開始することを特徴とする。
毎に変化させる指示角の更新処理を、前記変換周期に略
同期した時点もしくはそれより前記短い周期の一周期後
の時点から開始することを特徴とする。
【0016】また本発明は、前記測定量に対応したデジ
タル信号を入力し、所定の周期Tにて指示角信号θに変
換する処理回路と、この処理回路での変換周期Tにて出
力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信号θh
に対する差Δθを求め、前記処理回路の周期Tの1/n
(nは2以上の整数)に相当する短い周期T/n毎に、
前回の指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示角を順
次加算して変化させる円滑回路を備えてなり、前記短い
周期T/nが8msec以下であることを特徴とする。
タル信号を入力し、所定の周期Tにて指示角信号θに変
換する処理回路と、この処理回路での変換周期Tにて出
力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信号θh
に対する差Δθを求め、前記処理回路の周期Tの1/n
(nは2以上の整数)に相当する短い周期T/n毎に、
前回の指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示角を順
次加算して変化させる円滑回路を備えてなり、前記短い
周期T/nが8msec以下であることを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】計数回路2にて求められた測定量
は、処理回路3にて所定の変換周期Tで指示角信号θi
に変換され、円滑回路4によって前記変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎に変換指示角
信号θiの連続する前後の角度差Δθの1/n角度相当
づつ変化させ、電圧変換等をなす出力回路5(円滑回路
4の出力で駆動可能な場合は不要)を介してステッピン
グモータ式計器6を駆動し、文字板7の目盛8に対応し
た角度指示にて駆動軸端に固着した指針9を回動する。
は、処理回路3にて所定の変換周期Tで指示角信号θi
に変換され、円滑回路4によって前記変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎に変換指示角
信号θiの連続する前後の角度差Δθの1/n角度相当
づつ変化させ、電圧変換等をなす出力回路5(円滑回路
4の出力で駆動可能な場合は不要)を介してステッピン
グモータ式計器6を駆動し、文字板7の目盛8に対応し
た角度指示にて駆動軸端に固着した指針9を回動する。
【0018】円滑回路4は、処理回路3からの変換周期
Tで出力された指示角データθiに対し、前回の指示角
データθ0から変換周期T後に出力される変化した指示
角データθ1の差すなわち連続する前後の指示角データ
の角度差Δθ(θ1−θ0)を求め、変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎にΔθ/n相
当の角度データを順次加算する分割回路11と、この分
割回路11にて出力される分割周期T/n毎の指示角デ
ータθに基づきステッピングモータ式計器6を駆動する
ための2相の駆動信号に変換出力する電圧メモリ12と
から構成され、ステッピングモータの2相の励磁コイル
に加える電圧信号に変換する出力回路5を介して電圧信
号を生成する。
Tで出力された指示角データθiに対し、前回の指示角
データθ0から変換周期T後に出力される変化した指示
角データθ1の差すなわち連続する前後の指示角データ
の角度差Δθ(θ1−θ0)を求め、変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎にΔθ/n相
当の角度データを順次加算する分割回路11と、この分
割回路11にて出力される分割周期T/n毎の指示角デ
ータθに基づきステッピングモータ式計器6を駆動する
ための2相の駆動信号に変換出力する電圧メモリ12と
から構成され、ステッピングモータの2相の励磁コイル
に加える電圧信号に変換する出力回路5を介して電圧信
号を生成する。
【0019】これにより、処理回路3の変換周期Tにて
円滑な動きの得られなかったものが、分割周期T/nに
て円滑な指示特性を得ることができ、特に分割周期8m
sec以下、最適には4msec以下にて視覚的に不自
然さのない円滑な指示特性のステッピングモータ式計器
を得ることができた。
円滑な動きの得られなかったものが、分割周期T/nに
て円滑な指示特性を得ることができ、特に分割周期8m
sec以下、最適には4msec以下にて視覚的に不自
然さのない円滑な指示特性のステッピングモータ式計器
を得ることができた。
【0020】
【実施例】図1は、本発明の基本的構成を示すもので、
車輌用の速度計を例にとって説明すると、測定量である
走行速度に比例した周波数信号が入力端子1から入力さ
れると、計数回路2において入力信号の立上がりや立下
がりを検出してこれを所定のゲートタイムにてカウント
(ゲートタイム方式)するかもしくは別の高周波クロッ
ク信号を入力信号にてカウント(周期測定方式)し、刻
々と変化する走行速度をデジタルデータDとして算出す
る。
車輌用の速度計を例にとって説明すると、測定量である
走行速度に比例した周波数信号が入力端子1から入力さ
れると、計数回路2において入力信号の立上がりや立下
がりを検出してこれを所定のゲートタイムにてカウント
(ゲートタイム方式)するかもしくは別の高周波クロッ
ク信号を入力信号にてカウント(周期測定方式)し、刻
々と変化する走行速度をデジタルデータDとして算出す
る。
【0021】前記計数回路2にて求められた測定量は、
処理回路3にて所定の変換周期Tで指示角信号θiに変
換され、円滑回路4によって前記変換周期Tより短い分
割周期T/n(nは2以上の整数)毎に変換指示角信号
θiの連続する前後の角度差Δθの1/n角度相当づつ
変化させ、電圧変換等をなす出力回路5(円滑回路4の
出力で駆動可能な場合は不要)を介してステッピングモ
ータ式計器6を駆動し、文字板7の目盛8に対応した角
度指示にて駆動軸端に固着した指針9を回動するもので
ある。
処理回路3にて所定の変換周期Tで指示角信号θiに変
換され、円滑回路4によって前記変換周期Tより短い分
割周期T/n(nは2以上の整数)毎に変換指示角信号
θiの連続する前後の角度差Δθの1/n角度相当づつ
変化させ、電圧変換等をなす出力回路5(円滑回路4の
出力で駆動可能な場合は不要)を介してステッピングモ
ータ式計器6を駆動し、文字板7の目盛8に対応した角
度指示にて駆動軸端に固着した指針9を回動するもので
ある。
【0022】前記各回路は駆動回路として入力信号を適
宜処理しステッピングモータ式計器6を駆動するもので
あり、処理回路3は、計器指示特性を任意に設定して走
行速度を指示できるよう計数回路2を含んでマイクロコ
ンピュータにて構成することができ、計数した前記デジ
タルデータDに対応した指示角データ(指示角信号)θ
iを記憶したメモリ(ROM)10を備え、所定の変換
周期にて前記デジタルデータDを取り込みこれに対応し
たメモリアドレスの指示角信号θiを読み出して出力す
るものである。
宜処理しステッピングモータ式計器6を駆動するもので
あり、処理回路3は、計器指示特性を任意に設定して走
行速度を指示できるよう計数回路2を含んでマイクロコ
ンピュータにて構成することができ、計数した前記デジ
タルデータDに対応した指示角データ(指示角信号)θ
iを記憶したメモリ(ROM)10を備え、所定の変換
周期にて前記デジタルデータDを取り込みこれに対応し
たメモリアドレスの指示角信号θiを読み出して出力す
るものである。
【0023】この処理回路3は、ここで説明する走行速
度計のような単一の指示計器駆動に対して処理速度の遅
い安価なICを用いる場合や、図示しない他の指示計器
たとえばエンジン回転計、燃料計、温度計、油圧計、電
圧計(これら指示計器は、全てをステッピングモータ式
計器としてもよいし、あるいは交差コイル式計器や可動
コイル式計器等の他の計器ムーブメントを併用してもよ
い)を同時に時分割駆動する場合に、走行速度計に割り
振られる処理周期が円滑な応答性を得るに不十分な処理
能力のものである。
度計のような単一の指示計器駆動に対して処理速度の遅
い安価なICを用いる場合や、図示しない他の指示計器
たとえばエンジン回転計、燃料計、温度計、油圧計、電
圧計(これら指示計器は、全てをステッピングモータ式
計器としてもよいし、あるいは交差コイル式計器や可動
コイル式計器等の他の計器ムーブメントを併用してもよ
い)を同時に時分割駆動する場合に、走行速度計に割り
振られる処理周期が円滑な応答性を得るに不十分な処理
能力のものである。
【0024】また、処理回路3のメモリ10への指示角
データθiの記憶は、測定量に対応したデジタルデータ
DのMINからMAXまでの前指示領域に対応して所望
の分解能を得るためのデータ数を持たせ、たとえば指示
角0度(MIN)から360度(MAX)に対して0.
5度単位の指示角データθiを記憶させておき、デジタ
ルデータDに対応してこの記憶した指示角データθiを
所定の変換周期Tで読み出すものである。
データθiの記憶は、測定量に対応したデジタルデータ
DのMINからMAXまでの前指示領域に対応して所望
の分解能を得るためのデータ数を持たせ、たとえば指示
角0度(MIN)から360度(MAX)に対して0.
5度単位の指示角データθiを記憶させておき、デジタ
ルデータDに対応してこの記憶した指示角データθiを
所定の変換周期Tで読み出すものである。
【0025】円滑回路4は、処理回路3からの変換周期
Tで出力された指示角データθiに対し、前回の指示角
データθ0から変換周期T後に出力される変化した指示
角データθ1の差すなわち連続する前後の指示角データ
の角度差Δθ(θ1−θ0)を求め、変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎にΔθ/n相
当の角度データを順次加算する分割回路11と、この分
割回路11にて出力される分割周期T/n毎の指示角デ
ータθに基づきステッピングモータ式計器6を駆動する
ための2相の駆動信号に変換出力する電圧メモリ12と
から構成され、ステッピングモータの2相の励磁コイル
に加える電圧信号に変換する出力回路5を介して、たと
えば図2に示すような電圧信号を生成する。
Tで出力された指示角データθiに対し、前回の指示角
データθ0から変換周期T後に出力される変化した指示
角データθ1の差すなわち連続する前後の指示角データ
の角度差Δθ(θ1−θ0)を求め、変換周期Tより短
い分割周期T/n(nは2以上の整数)毎にΔθ/n相
当の角度データを順次加算する分割回路11と、この分
割回路11にて出力される分割周期T/n毎の指示角デ
ータθに基づきステッピングモータ式計器6を駆動する
ための2相の駆動信号に変換出力する電圧メモリ12と
から構成され、ステッピングモータの2相の励磁コイル
に加える電圧信号に変換する出力回路5を介して、たと
えば図2に示すような電圧信号を生成する。
【0026】ステッピングモータを駆動する信号波形は
そのくし歯ヨークの歯数やピッチによって任意の2相信
号を設定でき、360度の全指示角度に対応した全駆動
波形のデータを電圧メモリ12に記憶させておくことも
できるが、ここでは、ステッピングモータ式計器6のス
テッピングモータ駆動信号として360度を1/6した
60度分の電圧データを電圧メモリ12に用意し、この
データを各角度領域に展開使用する方式でメモリ容量を
軽減する構成をとっている。
そのくし歯ヨークの歯数やピッチによって任意の2相信
号を設定でき、360度の全指示角度に対応した全駆動
波形のデータを電圧メモリ12に記憶させておくことも
できるが、ここでは、ステッピングモータ式計器6のス
テッピングモータ駆動信号として360度を1/6した
60度分の電圧データを電圧メモリ12に用意し、この
データを各角度領域に展開使用する方式でメモリ容量を
軽減する構成をとっている。
【0027】すなわち、ステッピングモータ式計器6の
指針9(連結したマグネットロータ)の回動角360度
に対して2相式励磁コイルA,Bに加える駆動信号の電
圧波形は、図2に示すごとく、60度の角度内で略SI
N,COS波形の変化を呈し、この電圧波形にて各60
度の全角度領域a〜fに展開する。この展開処理はデジ
タルデータDの指示領域に対応した指示角データθによ
って判定すればよく、電圧メモリ12には60度を51
2分割した分解能の駆動電圧データV(0度に対するθ
0から60度に対するθ60まで60/512度の角度差
でデータを記憶)を記憶させておき、デジタルデータD
に対応してこの電圧データVを読み出すとともに指示角
領域b〜fのデジタルデータDに対しては、各指示領域
の判定とともに、その判定領域内における電圧データV
を電圧メモリ12から読み出し、その判定領域との組み
合わせで指示計器としての指示位置を求めることができ
る。
指針9(連結したマグネットロータ)の回動角360度
に対して2相式励磁コイルA,Bに加える駆動信号の電
圧波形は、図2に示すごとく、60度の角度内で略SI
N,COS波形の変化を呈し、この電圧波形にて各60
度の全角度領域a〜fに展開する。この展開処理はデジ
タルデータDの指示領域に対応した指示角データθによ
って判定すればよく、電圧メモリ12には60度を51
2分割した分解能の駆動電圧データV(0度に対するθ
0から60度に対するθ60まで60/512度の角度差
でデータを記憶)を記憶させておき、デジタルデータD
に対応してこの電圧データVを読み出すとともに指示角
領域b〜fのデジタルデータDに対しては、各指示領域
の判定とともに、その判定領域内における電圧データV
を電圧メモリ12から読み出し、その判定領域との組み
合わせで指示計器としての指示位置を求めることができ
る。
【0028】これについては、ステッピングモータはそ
のくし歯ヨークの歯が図2の各指示領域に少なくとも一
組づつ配置されていれば、マグネットロータの磁極位置
はその領域内での励磁位置に移動するだけであるため、
駆動信号が各指示領域にて異なるということではなく、
デジタルデータDに基づく指示領域の判定により、電圧
メモリ12から読み出す電圧データVを読み出せばよい
ということであり、たとえばデジタルデータDが指示角
150度に相当するとすれば、指示領域はcと判定し、
この領域内での30度相当のデータを電圧メモリ12か
ら読み出すことによって、駆動信号としては図2に示し
たようになる。
のくし歯ヨークの歯が図2の各指示領域に少なくとも一
組づつ配置されていれば、マグネットロータの磁極位置
はその領域内での励磁位置に移動するだけであるため、
駆動信号が各指示領域にて異なるということではなく、
デジタルデータDに基づく指示領域の判定により、電圧
メモリ12から読み出す電圧データVを読み出せばよい
ということであり、たとえばデジタルデータDが指示角
150度に相当するとすれば、指示領域はcと判定し、
この領域内での30度相当のデータを電圧メモリ12か
ら読み出すことによって、駆動信号としては図2に示し
たようになる。
【0029】ここで、図2に示した駆動波形は、ステッ
ピングモータのくし歯ヨークのくし歯ピッチで決定する
機械的ステップ動作を所謂マイクロステップ駆動によっ
て円滑な動作を得るための典型的な近似波形であり、実
際にはSIN,COS波形はデジタル的な微細階段波形
となっており、そのマイクロステップのピッチは指示計
器にて指示する測定量の変化速度すなわち指針の角速度
と処理回路の処理能力にて設定される。
ピングモータのくし歯ヨークのくし歯ピッチで決定する
機械的ステップ動作を所謂マイクロステップ駆動によっ
て円滑な動作を得るための典型的な近似波形であり、実
際にはSIN,COS波形はデジタル的な微細階段波形
となっており、そのマイクロステップのピッチは指示計
器にて指示する測定量の変化速度すなわち指針の角速度
と処理回路の処理能力にて設定される。
【0030】本出願人は、こうした基本的構成に基づい
て、具体的な指示計器の制作と特性の実験を行なってき
たが、こうしたステッピングモータ式計器6に用いる計
器ムーブメントとしてのステッピングモータ本体として
は、積層した2つの樹脂製ボビンに2相の駆動波形を通
電する励磁コイルを巻装し、各ボビンの上下にくし歯ヨ
ークを重ね、このボビンの積層体中空部にマグネットロ
ータを回転自在に軸支した周知の構造のPM型を用い
た。
て、具体的な指示計器の制作と特性の実験を行なってき
たが、こうしたステッピングモータ式計器6に用いる計
器ムーブメントとしてのステッピングモータ本体として
は、積層した2つの樹脂製ボビンに2相の駆動波形を通
電する励磁コイルを巻装し、各ボビンの上下にくし歯ヨ
ークを重ね、このボビンの積層体中空部にマグネットロ
ータを回転自在に軸支した周知の構造のPM型を用い
た。
【0031】各くし歯ヨークには、6本のくし歯を形成
し、これらを各相ごとに対向して位置合わせし、全周に
て24本のくし歯が並ぶようにしており、15度の機械
的ステップピッチを有し、図2にて示した指示領域a〜
fの各60度の角度範囲で4本のくし歯が対応する構成
とした。
し、これらを各相ごとに対向して位置合わせし、全周に
て24本のくし歯が並ぶようにしており、15度の機械
的ステップピッチを有し、図2にて示した指示領域a〜
fの各60度の角度範囲で4本のくし歯が対応する構成
とした。
【0032】処理回路3は、マイクロコンピュータにて
他の指示計器や警報表示等も同時に駆動処理する時分割
駆動をなすもので、ここでの走行速度計に割り振る変換
周期Tを16msecに設定し、デジタルデータDを様
々な角速度で変化させたときの、指針9の動きを観測し
た。
他の指示計器や警報表示等も同時に駆動処理する時分割
駆動をなすもので、ここでの走行速度計に割り振る変換
周期Tを16msecに設定し、デジタルデータDを様
々な角速度で変化させたときの、指針9の動きを観測し
た。
【0033】このときの円滑回路4における分割回路1
1での分割周期T/nの設定を、nの変更により段階的
に行い、こうして設定した分割周期T/nの下で角速度
を変化させ、デジタルデータDすなわち走行速度の変化
が緩やかなときでも十分に円滑に指針9が回動している
と視認される許容値を選定した。
1での分割周期T/nの設定を、nの変更により段階的
に行い、こうして設定した分割周期T/nの下で角速度
を変化させ、デジタルデータDすなわち走行速度の変化
が緩やかなときでも十分に円滑に指針9が回動している
と視認される許容値を選定した。
【0034】指針9の回動の円滑さは、視認する個人の
感覚によっても異なるものであるが、本出願人は、視覚
的な円滑さの判定とともに、実験的に様々な角速度で指
針9を回転させ、回動指示特性を指針9の回動速度変化
率(たとえば指針軸に光学式ロータリエンコーダを固定
し、指針の角速度の変化を計測することで得られる)で
みた複数角速度軸に対するデータ特性波形によって比較
的平均的な変化のある分割周期を選定した。
感覚によっても異なるものであるが、本出願人は、視覚
的な円滑さの判定とともに、実験的に様々な角速度で指
針9を回転させ、回動指示特性を指針9の回動速度変化
率(たとえば指針軸に光学式ロータリエンコーダを固定
し、指針の角速度の変化を計測することで得られる)で
みた複数角速度軸に対するデータ特性波形によって比較
的平均的な変化のある分割周期を選定した。
【0035】実際には、変換周期Tを16msecにて
仮設定するとともに、角速度ωを10度/secから1
080度/secな範囲で低速域10度/sec単位、
高速域100度/sec単位で変化させ、この条件下に
て16msecからこれより短い周期として1msec
単位で周期設定し、指針9の回動円滑性を確認した。
仮設定するとともに、角速度ωを10度/secから1
080度/secな範囲で低速域10度/sec単位、
高速域100度/sec単位で変化させ、この条件下に
て16msecからこれより短い周期として1msec
単位で周期設定し、指針9の回動円滑性を確認した。
【0036】この結果、視覚的に全角速度の範囲で円滑
性が良好であり、回動速度変化率での特性データのうえ
でも比較的平均していた周期は8msec以下であり、
特性データのうえできわめて平均しており視覚的にも視
認者によるバラツキのない安定した円滑性を呈する周期
は4msec以下であった。
性が良好であり、回動速度変化率での特性データのうえ
でも比較的平均していた周期は8msec以下であり、
特性データのうえできわめて平均しており視覚的にも視
認者によるバラツキのない安定した円滑性を呈する周期
は4msec以下であった。
【0037】従って、本発明を実施するに適した分割周
期T/nは、変換周期Tが16msecに設定された場
合には、その1/2に相当する8msecにて視覚的あ
るいは回動速度変化率のうえで比較的指示計器としての
許容できる指示特性が得られ、こうした特性確認の繰り
返しによって指針9の回動円滑性が良好な分割周期とし
ては8msec以下最適には4msec以下であること
が判った。また、変換周期Tがたとえば20msecの
場合は、分割周期T/nは8msecに近い10mse
c(n=2)を限界として5msec(n=4)に設定
すること、変換周期Tが15msecの場合は、5ms
ec(n=3)に設定すると指針9の円滑な回動指示が
得られることが判る。
期T/nは、変換周期Tが16msecに設定された場
合には、その1/2に相当する8msecにて視覚的あ
るいは回動速度変化率のうえで比較的指示計器としての
許容できる指示特性が得られ、こうした特性確認の繰り
返しによって指針9の回動円滑性が良好な分割周期とし
ては8msec以下最適には4msec以下であること
が判った。また、変換周期Tがたとえば20msecの
場合は、分割周期T/nは8msecに近い10mse
c(n=2)を限界として5msec(n=4)に設定
すること、変換周期Tが15msecの場合は、5ms
ec(n=3)に設定すると指針9の円滑な回動指示が
得られることが判る。
【0038】図3は、変換周期T(16msec)に対
して、n=4にして分割周期T/n(4msec)を設
定した場合の指示角データθの変化特性をしめすもので
あり、走行速度に対応するデジタルデータDをメモリ1
0のデータテーブルにより変換する処理回路3における
走行速度計への割り振り可能な変換周期16msecの
変化に対して、4msecの分割周期でデータ更新する
が、この16msecの変換周期における指示角データ
の変化すなわち連続する前後の指示角データの差Δθが
2度だとすれば、分割周期4msec毎に加算更新され
るデータは2度/4=0.5度となり、図に示すよう
に、T0の時点での指示角データθ0から変換周期後の
T1の時点での指示角データθ1への変化した差2度に
対し、T1の時点でその変化を求め、この変換周期T1
から4msec後の最初の分割周期経過時点から0.5
度づつ段階的に上昇更新し、T2以降も同様の処理にて
追従変化するものである。
して、n=4にして分割周期T/n(4msec)を設
定した場合の指示角データθの変化特性をしめすもので
あり、走行速度に対応するデジタルデータDをメモリ1
0のデータテーブルにより変換する処理回路3における
走行速度計への割り振り可能な変換周期16msecの
変化に対して、4msecの分割周期でデータ更新する
が、この16msecの変換周期における指示角データ
の変化すなわち連続する前後の指示角データの差Δθが
2度だとすれば、分割周期4msec毎に加算更新され
るデータは2度/4=0.5度となり、図に示すよう
に、T0の時点での指示角データθ0から変換周期後の
T1の時点での指示角データθ1への変化した差2度に
対し、T1の時点でその変化を求め、この変換周期T1
から4msec後の最初の分割周期経過時点から0.5
度づつ段階的に上昇更新し、T2以降も同様の処理にて
追従変化するものである。
【0039】なお、0.5度の加算更新は、変換周期T
1から4msec経過した最初の分割周期時点とした図
3のタイミングの他に、変換周期T1からの処理が瞬時
になされるようであればこの変換周期T1と略同期した
時点からスタートしてもよい。
1から4msec経過した最初の分割周期時点とした図
3のタイミングの他に、変換周期T1からの処理が瞬時
になされるようであればこの変換周期T1と略同期した
時点からスタートしてもよい。
【0040】このときの16msec当たりの変化2度
というのは、指針9の回動角であり、走行速度計がその
文字板7の目盛8にて240度を180Km/hに設定
していたとすれば、ここでの指示角データ2度/16m
secの変化は、1.5Km/h(180/240*
2)相当を16msecで変化したことに当たり、これ
は1sec間に94Km/hの速度上昇に相当し、現実
の走行では有り得ない変化であるが、こうした分割周期
T/nによる図3に示した分割効果を判りやすく説明す
るために数値設定したものである。
というのは、指針9の回動角であり、走行速度計がその
文字板7の目盛8にて240度を180Km/hに設定
していたとすれば、ここでの指示角データ2度/16m
secの変化は、1.5Km/h(180/240*
2)相当を16msecで変化したことに当たり、これ
は1sec間に94Km/hの速度上昇に相当し、現実
の走行では有り得ない変化であるが、こうした分割周期
T/nによる図3に示した分割効果を判りやすく説明す
るために数値設定したものである。
【0041】現実には、通常の走行における走行速度の
変化は、急加速や急減速においてもそれ程の角速度にな
ることはないが、エンジン回転計については非常に速く
変化するため、16msecに2度すなわち1secで
計器文字板指示角125度以上にも達することもあり、
こうした変化時にも0.5度づつ4msec周期にてよ
り細かい角度ステップでの回動指示が得られるものであ
る。
変化は、急加速や急減速においてもそれ程の角速度にな
ることはないが、エンジン回転計については非常に速く
変化するため、16msecに2度すなわち1secで
計器文字板指示角125度以上にも達することもあり、
こうした変化時にも0.5度づつ4msec周期にてよ
り細かい角度ステップでの回動指示が得られるものであ
る。
【0042】この場合、0.5度という分割周期での回
動も数字的には大きなステップ角であるが、角速度が速
く4msecの周期での動きであるため、視覚的には円
滑な動きとなって確認され、さらに角速度が遅い場合、
たとえば通常の加速走行において1secに10Km/
hの速度上昇のときでも、240度*10/180にて
約13度/secすなわち4msec周期にて0.05
度のきわめて微小なステップでの動きが得られる。
動も数字的には大きなステップ角であるが、角速度が速
く4msecの周期での動きであるため、視覚的には円
滑な動きとなって確認され、さらに角速度が遅い場合、
たとえば通常の加速走行において1secに10Km/
hの速度上昇のときでも、240度*10/180にて
約13度/secすなわち4msec周期にて0.05
度のきわめて微小なステップでの動きが得られる。
【0043】本実施例の記憶データ分解能では、60/
512度すなわち0.117度単位のデータとなるた
め、実際には4msec周期で可能な0.05度のステ
ップはできず、8msec強の周期で0.117度のス
テップ動作となるが、少なくとも基本的に有しているデ
ータ分解能の単位でのステップ動作は得ることができ視
覚的には何等問題がない。さらに、この基本的分解能を
細かくしたとえば60/1200度以上の分解能を有し
てデータを記憶させておけば、4msecで0.05度
というステップ動作も得ることができ、視覚的にはほと
んど確認できないステップ動作によってきわめて円滑な
指示特性が得られるものである。従って、この角速度に
おける円滑性についても、データの更新周期としてはや
はり8msec程度以下にて視覚的に許容できる特性が
確認され、指示計器として使用される角速度の範囲での
良好な円滑性を確保し得る分割周期であることが判っ
た。
512度すなわち0.117度単位のデータとなるた
め、実際には4msec周期で可能な0.05度のステ
ップはできず、8msec強の周期で0.117度のス
テップ動作となるが、少なくとも基本的に有しているデ
ータ分解能の単位でのステップ動作は得ることができ視
覚的には何等問題がない。さらに、この基本的分解能を
細かくしたとえば60/1200度以上の分解能を有し
てデータを記憶させておけば、4msecで0.05度
というステップ動作も得ることができ、視覚的にはほと
んど確認できないステップ動作によってきわめて円滑な
指示特性が得られるものである。従って、この角速度に
おける円滑性についても、データの更新周期としてはや
はり8msec程度以下にて視覚的に許容できる特性が
確認され、指示計器として使用される角速度の範囲での
良好な円滑性を確保し得る分割周期であることが判っ
た。
【0044】このような駆動装置にて構成される処理回
路にはマイクロコンピュータが使用され、演算プログラ
ムによって各種の計器駆動制御を行うとともに、円滑回
路としては半導体によるゲート回路の組み合わせにて構
成することができ、特にこうしたマイクロコンピュータ
による多くの負荷制御に際して有効に利用可能となる。
路にはマイクロコンピュータが使用され、演算プログラ
ムによって各種の計器駆動制御を行うとともに、円滑回
路としては半導体によるゲート回路の組み合わせにて構
成することができ、特にこうしたマイクロコンピュータ
による多くの負荷制御に際して有効に利用可能となる。
【0045】
【発明の効果】以上のように、本発明によるステッピン
グモータ式計器の駆動装置によれば、計測量データを入
力する処理回路での変換周期Tで出力された指示角デー
タθiに対し、前回の指示角データθ0から変換周期T
後に出力される変化した指示角データθ1の差すなわち
連続する前後の指示角データの角度差Δθ(θ1−θ
0)を求め、変換周期Tより短い分割周期T/n(nは
2以上の整数)毎にΔθ/n相当の角度データを順次加
算する円滑回路によって分割した細かいステップでの電
圧信号を生成する。
グモータ式計器の駆動装置によれば、計測量データを入
力する処理回路での変換周期Tで出力された指示角デー
タθiに対し、前回の指示角データθ0から変換周期T
後に出力される変化した指示角データθ1の差すなわち
連続する前後の指示角データの角度差Δθ(θ1−θ
0)を求め、変換周期Tより短い分割周期T/n(nは
2以上の整数)毎にΔθ/n相当の角度データを順次加
算する円滑回路によって分割した細かいステップでの電
圧信号を生成する。
【0046】これにより、処理回路の変換周期Tにて円
滑な動きの得られなかったものが、分割周期T/nにて
円滑な指示特性を得ることができ、特に分割周期8ms
ec以下、最適には4msec以下にて視覚的に不自然
さのない円滑な指示特性のステッピングモータ式計器を
得ることができた。
滑な動きの得られなかったものが、分割周期T/nにて
円滑な指示特性を得ることができ、特に分割周期8ms
ec以下、最適には4msec以下にて視覚的に不自然
さのない円滑な指示特性のステッピングモータ式計器を
得ることができた。
【0047】従って、製品コストとの関係で、高価な処
理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分割駆動
する際のひとつの指示計器に割り振られる演算処理周期
の短縮に限界を生じる場合、たとえば、エンジン回転数
のように変化の激しい測定量に対応して指針を円滑に回
動させるに必要な駆動更新周期に対して処理回路の演算
処理周期の割り振りが追従できず、指針が測定量の変化
に対して間欠的な動きしかできない場合にも、円滑回路
による分割周期での駆動によって指示計器としての円滑
な指示特性を得ることができる。
理回路を使えない場合や、多くの指示計器を時分割駆動
する際のひとつの指示計器に割り振られる演算処理周期
の短縮に限界を生じる場合、たとえば、エンジン回転数
のように変化の激しい測定量に対応して指針を円滑に回
動させるに必要な駆動更新周期に対して処理回路の演算
処理周期の割り振りが追従できず、指針が測定量の変化
に対して間欠的な動きしかできない場合にも、円滑回路
による分割周期での駆動によって指示計器としての円滑
な指示特性を得ることができる。
【図1】本発明の一実施例を示す回路ブロック図であ
る。
る。
【図2】本発明のステッピングモータ駆動信号波形の一
例を示す駆動波形図である。
例を示す駆動波形図である。
【図3】本発明の駆動波形のステップ周期を説明する分
割ステップ波形図である。
割ステップ波形図である。
1 入力端子 2 計数回路 3 処理回路 4 円滑回路 5 出力回路 6 ステッピングモータ式計器 7 文字板 8 目盛 9 指針 10 メモリ 11 分割回路 12 電圧メモリ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01D 7/00 G01D 7/00 303 G01P 1/08 H02P 8/00
Claims (6)
- 【請求項1】 測定量に対応したデジタル信号に基づい
てステッピングモータを駆動する駆動回路を有し、この
ステッピングモータの駆動軸端に固定した指針により、
前記測定量に対応した文字板上の目盛を指示して前記測
定量を表示する計器装置であって、前記測定量に対応し
たデジタル信号を入力し、所定の周期にて指示角信号に
変換する処理回路と、この処理回路での変換周期にて出
力される連続する前後の指示角信号に対してその差を求
め前記処理回路の変換周期より短い周期の分割周期にて
その分割数に相当する整数分で前記差を除算し、次回の
後続する変換周期において前記分割周期毎に前記除算結
果としての分割指示角分毎、指示角信号を変化させる円
滑回路を備えてなるステッピングモータ式計器の駆動装
置。 - 【請求項2】 測定量に対応したデジタル信号に基づい
てステッピングモータを駆動する駆動回路を有し、この
ステッピングモータの駆動軸端に固定した指針により、
前記測定量に対応した文字板上の目盛を指示して前記測
定量を表示する計器装置であって、前記測定量に対応し
たデジタル信号Dを入力し、所定の周期にて指示角信号
θに変換する処理回路と、この処理回路での変換周期に
て出力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信号
θhに対する差Δθを求め、前記処理回路の周期の1/
n(nは2以上の整数)に相当する短い周期毎に、前回
の指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示角を順次加
算して変化させる分割回路と、を備えてなるステッピン
グモータ式計器の駆動装置。 - 【請求項3】 前記処理回路が、他の指示計器を含む複
数の指示計器を駆動するための指示信号を生成するとと
もに、時分割処理によって各指示計器への指示信号を生
成出力するよう構成され、前記変換周期が前記時分割処
理によって割り当てられる処理可能時間以上であること
を特徴とする請求項1もしくは2に記載のステッピング
モータ式計器の駆動装置。 - 【請求項4】 前記複数の指示計器がすべてステッピン
グモータ式計器であることを特徴とする請求項3に記載
のステッピングモータ式計器の駆動装置。 - 【請求項5】 前記変換周期より短い周期毎に変化させ
る指示角の更新処理を、前記変換周期に略同期した時点
もしくはそれより前記短い周期の一周期後の時点から開
始することを特徴とする請求項1もしくは2に記載のス
テッピングモータ式計器の駆動装置。 - 【請求項6】 測定量に対応したデジタル信号に基づい
てステッピングモータを駆動する駆動回路を有し、この
ステッピングモータの駆動軸端に固定した指針により、
前記測定量に対応した文字板上の目盛を指示して前記測
定量を表示する計器装置であって、前記測定量に対応し
たデジタル信号を入力し、所定の周期Tにて指示角信号
θに変換する処理回路と、この処理回路での変換周期T
にて出力された最新の指示角信号θiの前回の指示角信
号θhに対する差Δθを求め、前記処理回路の周期Tの
1/n(nは2以上の整数)に相当する短い周期T/n
毎に、前回の指示角信号θhにΔθ/nに相当する指示
角を順次加算して変化させる円滑回路を備えてなり、前
記短い周期T/nが8msec以下であることを特徴と
するステッピングモータ式計器の駆動装置。
Priority Applications (7)
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