JPH0331721A - 指示装置における所定の指針位置の検出方法および指示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、請求項１に記載の上位概念に記載の指針が伝
動装置を介して３相交流電動機により動かされる指示装
置における所定の指針位置の検出方法と、請求項１１に
記載の上位概念に記載の回転子が磁石を有し伝動装置を
介して指針を動かし、固定子が２つの互いに角度的にず
れているコイルを有し、これらのコイルが電気的に制御
装置と接続されている３相交流電動機を備えている指示
装置に関する。

従来の技術 変化する磁界を用いて電気指示計器の中の指針を動かす
ことは公知である。例として、指針のふれが実質的に、
磁界を励起するコイルを流れる電流の大きさにより決ま
る可動コイル形測定計器がある。指示装置の指針の駆動
のためにその他の“電動機″も用いられる。分解能を高
めるためにそして電動機が発生しなければならないトル
クを小さくするために、電動機を伝動装置を介して指針
と接続することが提案されたこのような伝動装置は、１
：１０ないしに１０００のオーダの変換比またはこれよ
り大きい変換比を有することがある。このような伝動装
置の欠点は、電動機が任意の状態から始動される場合、
回転子位置即ち電動機の中の回転子の角度位置から、指
針位置を確実に推測することができない点である。この
場合は例えば、不慮の事故により電力の供給が中断され
た場合に発生する。特に自動車においてはこのような中
断は修理の際に電気設備において発生することがある、
何故ならばこの場合に安全の理由からパンテリーが完全
に自動車の搭載配電網から切断されなければならないか
らである。このようにして、再投入接続の場合に即ちバ
ッテリーの再接続の場合に、指針の実際の位置に対する
制御システムの関連性が失われもはや決まらなくなる。

外部センサ、例えば誘導層近接スイッチ、機械的リミッ
トスイッチ、ライトバリヤー等の使用は、指針の位置を
求める制御装置に通報することを確かに可能にする。し
かしその際の欠点は、それらの使用に付随する高いコス
トと、付加的な取付はコストである。特に自動車におい
ては付加的構成部品を重量の理由から回避することが望
ましい。またそれらの設置のために必要なスペースが無
いこともしばしばある。

発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、外部センサを用いることなしに、制御
システムに対する指針位置の関連性を求めることＩこあ
る。

課題を解決するための手段 上記課題は冒頭に記載の方法において請求項１に記載の
特徴部分に記載の特徴により、指針をストツパに対して
動かし、指針の運動のロックを検出することにより解決
される。

指針はすなわち、機械的に定められている特定の点に動
かされる。この点において運動がロックされる。このロ
ックの検出により制御システムに、指針が所定の場所に
到達したこと即ち所定の位置をとったことを知らせる信
号を供給することが可能である。

ロックは基本的に任意の時点において検出することが可
能である。有利にはしかし３相交流電動機に駆動信号ス
テップにおいて、所定の角度インクリメントだけの回転
子の回転のための駆動信号を供給する。駆動信号供給ス
テップの後にテストステップにおいて、回転子が回転し
たかどうかを検査する。これは、指針と３相交流電動機
の機械的過負荷を回避する。特に３相電動機はこれによ
り熱負担が軽減される。

有利には、テストステップに゛おいて、瞬時にとってい
る位置におけるテスト信号に対する３相交流電動機の応
答を、前にとっている位置におけるテスト信号に対する
電動機の応答と比較することにより検査を行う。回転に
より電動機の電気的及び磁気的特性が変化する。例えば
、磁気回路の抵抗が変化することもあり、この抵抗はテ
スト信号を用いて求めることができる。

この場合に、両方のテスト信号が同一であると有利であ
る。この場合には、ただ１つの形式のテスト信号を、例
えばただ１つのテスト信号発生器により発生するだけで
十分である。更に、電動機により得られる出力信号の簡
単な差形成により、電動機が回転したかどうかを検出す
ることができる。電動機が回転しなかった場合には出力
信号の差は値０を形成する。

有利な実施例においては、３相交流電動機の磁界が、角
度的に互いにずれており制御可能なコイルにより形成さ
れ、角度インクリメントが２つの隣接するコイルの間の
角度間隔の１／２である。この場合には、少なくとも２
つのコイルが必要であり、これらのコイルは互いに９０
゜ずれている。従って角度インクリメントは４５６であ
る。電動機は基本的に２つの位置しかとることができな
い。即ち、永久磁石又は電磁石として形成することも可
能である磁石が、２つのコイル軸線のうちの１つとアラ
イメントされている位置と、磁石の軸線が２つのコイル
軸線の間に丁度位置する位置である。これらの２つの特
別の位置は、テスト信号に対する応答において最大の差
を可能にする。

本方法の有利な実施例においては、テストステップにお
いて１つのコイルにテスト信号を供給し、隣接コイルか
ら出力信号を得る。これら２つのコイルの間の結合は実
質的に回転子の位置に依存する。最強の結合は例えば、
回転子がこれら２つのコイルの間の位置にある場合に発
生する。

テスト信号が一連の周期振動を有すると特に有利である
。この場合に回転子は、テスト信号が供給される一方の
コイルにより振動され、他方のコイルに、振幅が実質的
に回転子即ち磁石の位置に依存する交流電圧を誘起する
。磁石の軸線が、磁界を形成かる２つのコイルを有する
配置において、これら２つのコイル軸線に対して４５°
の位置にある場合には、出力信号の電圧の振幅最大値が
発生する。

隣接のコイルの中の誘起電圧が、磁石の振動の振幅に依
存することは当然である。可及的最大の振幅を得るため
に、テスト信号の周波数が回転子の固有周波数にほぼ相
応すると有利である。

有利にはテスト信号は方形信号である。方形信号の形成
は余り難しくない。信号線に交互に２つの異なる電圧、
特に互いに極性の反対の電圧を印加するだけで十分であ
る。

いずれの位置から指針がストッパまで動かされたかを求
めるために、有利な実施例においては、回転子の回転数
を記憶し、場合に応じてストッパにおける指針位置を求
めた後に、記憶されている回転数だけ回転子を逆回転す
る。

冒頭に記載の形式の指示装置において上記課題は、請求
項１１に記載の特徴部分に記載の特徴により、制御装置
が少なくとも１つの切換スイッチを有し、切換スイッチ
が、制御装置に対するコイルのうちの１つの接続を中断
し、このコイルを評価装置と接続することにより解決さ
れる。

この場合に制御装置はこれまで同様にその駆動信号を３
相交流電動機に供給する。しかしこの駆動信号は回転子
を回転するのではなく、その軸の周りでの回転振動で振
動させるのみである。この振動は他方のコイルの中に、
評価装置で評価されることの可能な電圧を誘起する。

制御装置が、それがすべてのコイルと接続されている場
合に駆動信号を３相交流電動機に供給し、それが１つの
コイルとも接続されていない場合にはテスト信号を少な
くとも１つのコイルに供給すると有利である。応答、即
ち第２のコイルの中に誘起された電圧を容易に評価でき
るような励起関数に対してテスト信号をより良好に整合
させることができる。

テスト信号が、低い周波数の周期的な交流信号であると
有利である。この場合に周波数は５０ないし５００Ｈｚ
のオーダに位置することが可能である。

有利な実施例においては、各コイルのための駆動信号が
周期的な一連のパルスを有し、個々のコイルに供給され
るパルス列を互いに位相シフトする。この場合に、所定
の長さの方形を有するパルスはその都度に正及び負の極
性をとることができる。各パルスの後に電動機の回転子
は所定の角度インクリメントだけ更に回転されている。

パルスがただ１つの振幅絶対値を有する場合でもこの形
式の制御により回転子を、８つの特別の位置で回転する
ことが可能である。

有利には、切換スイッチが各パルスに後に切換え、コイ
ルのうちの一方を評価装置と接続し、所定の時間の後に
戻し切換えし、このコイルを制御装置と接続する。前述
のように回転子は各パルスの後に、所定の特別の位置を
とる。この位置において３相交流電動機にテスト信号が
供給される。従って、電動機を所望の位置に保持するた
めの装置は必要でない。

有利には、評価装置が最大値検出装置を有し、最大値検
出装置は、評価装置と接続されているコイルから発生さ
れる信号の最大値を求める。換言すると、誘起電圧の振
幅が求められる。

回転子の特別の位置、即ち２つのコイル軸線のうちの１
つとアライメントの位置又はこれに対して４５°の位置
における振幅は少なくとも近似的に既知であるので、こ
のようにして容易にコイルに対していずれのアライメン
ト位置に回転子があるかを検出できる。

この場合に有利には、評価装置が、最大値を記憶するメ
モリ装置と、瞬時の最大値を、前に記憶された最大値と
比較しその差を求める比較装置とを備えている。回転子
が回転すると、差は存在しない。この差の存在により、
即ちただ１つの信号により従って確実に、指針がストッ
パに到達したかどうかを検出できる。

この場合に有利には、比較装置が制御装置と接続されて
おり、比較装置は、比較装置により求められた差の絶対
値が所定の値より小さい場合には３相交流電動機の駆動
を中断する。これにより、電動機が繰返し、指針がスト
ッパを越えて動こうとするのが阻止される。このような
指針の運動は、損傷又は熱的過負荷を招くことがある。

発明の効果 本発明の利点は、外部センサを使用することなしに、指
針位置と制御システムとの間の絶対的間ｊＩ性を再び形
成することが可能な点である。これを実現するために、
指針はストッパに対して動かされ、指針運動のロックが
検出される実施例 ３相交流電動機１は、磁石３を具備する回転子２を有す
る。回転子２は軸２２を介して伝動装置２３と接続され
、伝動装置２３の出力軸は指針２４を目盛り２６上を動
かす。目盛り２６の左端にはストッパ２５が設けられ、
ストッパ２５は指針２４の更に左への運動を阻止する。

ストッパ２５は代わりに伝動装置出口に設けることも可
能である。磁石３は通常は永久磁石であるが、しかし磁
石３は電磁石として形成することも可能である。更に電
動機１は２つのコイル４，５を有し、コイル４及び５の
コイル軸は空間的に９０°だけ互いにずれている。制御
装置６は各コイル４．５に対して一連のパルスを発生し
、これらのパルスはコイル４に導線対７を介して、コイ
ル５に導線対８を介して供給される。これに関連して、
制御装置６は信号発生器９を有し、信号発生器９の信号
はドライバ段１１の中の増幅器１０で増幅される。信号
発生器９は各コイル４．５に対して所定長の方形の一連
のパルスを発生する。すべてのパルスの振幅は同一の大
きさである。パルスは正又は負の極性をとることができ
る。例えばコイル４が正のパルスを受取り、コイル５が
何らのパルスも受取らない場合には回転子３は、破線に
より示されている位置をとる。これに対してコイル５が
正のパルスを受取り、コイル４が正のパルスを受取る場
合には磁石３ひいては回転子２は、実線で示されている
位置をとる。パルスはその際に、前もって決められてい
る持続時間を有しこれにより、惹起される磁界は、回転
子２が安定してその新しい位置をとるまで形成維持され
る。制御装置６は制御論理回路１２を有し、制御論理回
路１２は信号発生器を制御する。制御論理回路１２は例
えばマイクロプロセッサを用いて実現することができる
。

コイル５への給電線即ち導線対８の途中に切換スイッチ
１３が挿入接続され、切換スイッチＩ３は制御装置１６
．：コイル５との間の接続を中断することができる。中
断と同時にしかしフィル５と評価装置１４との間の接続
が形成される。評価装置１４は増幅器１５を有し、増幅
１１１５は、コイル５から発生される信号を増幅する。

増幅器１５は最大値形成器１６と接続され、最大値形成
器１６はメモリ装置１７と接続されている。メモリ装置
１７は減算器１８の正の入力側と接続されている。減算
器１８の負の入力側は同様に最大値形成器１６の出力側
と接続されている。メモリ装置１７は例えば２つのメモ
リ場所を有するシフトレジスタとして形成することがで
きる。これにより減算器１８は瞬時の最大値を、前に求
められた最大値から減算することができる。最大値は、
制御論理回路１２の中で決められている所定の期間の内
に求められる。例えば振動の振幅を求めることができる
。

減算器１８の出力側は絶対値形成器１９と接続されてい
る。絶対値形成器１９の出力側は比較器２０の１つの入
力側と接続されており、他方の入力側は固定値発生器２
１と接続されている。比較器２０の出力側は制御論理回
路１２と接続されている。

信号発生器９から発生された各パルスの後に制御論理回
路１２は切換スイッチ１３を所定の時間にわたり切換え
、従ってコイル５はもはや制御装置６から給電されるこ
とが可能でなく、評価装置１４と接続される。同時に制
御論理回路１２は信号発生器９を切換え、信号発生器９
はこのようにして駆動信号ではなくテスト信号を発生す
る。駆動信号をテスト信号として用いることができるこ
とは勿論である。有利にはしかしテスト信号は、例えば
正弦波又は三角波又は台形波又は方形波の形状の低い周
波数の周期的な交流信号である。第２図及び第３図に三
角波として示されているこのテスト信号は磁石３ひいて
は回転子２を励起して振動させる。振動する磁石３はコ
イル５の中に交流電圧を誘起しこの交流電圧は出力信号
として評価袋ｆｔ１４で評価することが可能である。出
力信号の振幅は一方では回転子軸の周りの磁石２の振動
の振幅に依存する。他方ではこの振幅は実質的に、コイ
ル４．５の主軸線に対する磁石３の軸線の角度位置によ
り決まる。磁石３の軸線がコイル４の軸線とアライメン
トされている場合には、即ちこれら２つの軸の間の角度
が０８である場合には、レスポンスとして、第２図に示
されている信号３１が発生する。励起関数３０の４Ｖの
振幅及び１００Ｈｚの周波数の場合には、１つの実施例
においては、４０ｍＶより小さい振幅の出力関数が発生
する。これに対して磁石３の軸線が、双方のコイル軸線
に対して４５″の角度に位置する場合には、コイル５の
中の誘起されｔ：電圧は大幅に大きい。実験によると１
つの実施例においては、その他は同一の条件で２６０ｍ
Ｖの出力電圧の振幅が求められた（第３図）。

別の励起方法が第４図に示され、この場合には、励起す
る関数として、４■の極大−極小一電圧及び１００Ｈｚ
の周波数を有する方形が用いられる。出力関数は、磁石
３の軸線が双方のコイル軸に対して４５°の角度に位置
する場合には４４０ｍＶの振幅を形成する。これら２つ
の軸線の内の１つに対してＯｅの角度の場合には、出力
電圧の振幅は大幅に小さくなる。回転子２が完全に回転
した場合には従って０６．９０６１８０″、２７０’及
び３６０°において比較的小さい出力電圧振幅が形成さ
れるのに対して、４５’　、１３５’　、２２５”及び
３１５’においては比較的大きい出力電圧振幅が形成さ
れる。

論理回路１２の制御により常に、コイル５の出力電圧の
振幅の最大値が、回転子２の２つの順次に続く位置にお
いて求めらる。差の絶対値は従ってほぼ一定である。し
かし指針がストッパに当たっている場合には回転子２は
もはやこれ以上回転することはできない。この場合には
出力電圧振幅の最大値は、２つの順次のテスト部分にお
いて等しい。減算器１８の出力側には値Ｏが現れる。正
確に値０が検出されなければならないことを防止するた
めに、固定値発生器２１により特定の閾値が設けられ、
この閾値を越えると比較器２０の出力側が制御信号を送
出し、この制御信号は制御論理回路１２に、指針がスト
ッパに到達したことを知らせる。制御論理回路１２はこ
れに基づいて信号発生器９を遮断し、このようにして回
転子９は、この回転子９を所定の方向に回転しようとす
る磁界により負荷されない。

本発明の基本的思想から離れることなしに、図示の実施
例から、多くの面で変形することが可能である。例えば
３相交流電動機１は連続的４ な信号によっても励起することが可能である。

評価装置１４は同様に、制御論理回路Ｉ２の場合と同様
に構成することさえ可能であるマイクロプロセッサを用
いて実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は回路装置を有する指示装置のブロック回路図、
第２図は回転子磁石がフィル軸線とアライメントされて
いる場合のテスト信号及び出力信号の線図、第３図は回
転子磁石がコイル軸線に対して４５°の位置である場合
のテスト信号及び出力信号、第４図は方形関数をテスト
信号として有する第２図及び第３図に類似の線図。 ２２・・・軸、 ５・・・ストッパ、 ３・・・伝導装置、 ２６・・・目盛り ４・・・指針、

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、指針が伝動装置を介して３相交流電動機により動か
   される指示装置における所定の指針位置の検出方法にお
   いて、 指針をストッパに対して動かし、指針の運動のロックを
   検出することを特徴とする指示装置における所定の指針
   位置の検出方法。 ２、３相交流電動機に駆動信号供給ステップにおいて、
   所定の角度インクリメントだけの回転子の回転のための
   駆動信号を供給し、 駆動信号供給ステップの後にテストステップにおいて、
   回転子が回転したかどうかを検査することを特徴とする
   請求項１に記載の指示装置における所定の指針位置の検
   出方法。 ３、テストステップにおいて、瞬時にとっている位置に
   おけるテスト信号に対する３相交流電動機の応答を、前
   にとっている位置におけるテスト信号に対する電動機の
   応答と比較することにより検査を行うことを特徴とする
   請求項２に記載の指示装置における所定の指針位置の検
   出方法。 ４、両方のテスト信号が同一であることを特徴とする請
   求項３に記載の指示装置における所定の指針位置の検出
   方法。 ５、３相交流電動機の磁界が、角度的に互いにずれてお
   り制御可能なコイルにより形成され角度インクリメント
   が、２つの隣接するコイルの間の角度間隔の１／２であ
   ることを特徴とする請求項２ないし４のうちのいずれか
   １項に記載の指示装置における所定の指針位置の検出方
   法。 ６、テストステップにおいて１つのコイルにテスト信号
   を供給し、隣接コイルから出力信号を得ることを特徴と
   する請求項５に記載の指示装置における所定の指針位置
   の検出方法。 ７、テスト信号が一連の周期振動を有することを特徴と
   する請求項６に記載の指示装置における所定の指針位置
   の検出方法。 ８、テスト信号の周波数が回転子の固有周波数にほぼ相
   応することを特徴とする請求項７に記載の指示装置にお
   ける所定の指針位置の検出方法。 ９、テスト信号が方形信号であることを特徴とする請求
   項７又は８に記載の指示装置における所定の指針位置の
   検出方法。 １０、回転子の回転数を記憶し、場合に応じてストッパ
   のところの指針位置を求めた後に、記憶されている回転
   数だけ回転子を逆回転することを特徴とする請求項１な
   いし９のうちのいずれか１項に記載の指示装置における
   所定の指針位置の検出方法。 １１、回転子が磁石を有し伝動装置を介して指針を動か
   し、固定子が２つの互いに角度的にずれているコイルを
   有し、これらのコイルが電気的に制御装置と接続されて
   いる３相交流電動機を備えている指示装置において、 制御装置（６）が少なくとも１つの切換スイッチ（１３
   ）を有し、切換スイッチ（１３）が、制御装置（６）に
   対するコイル（５）のうちの１つの接続を中断し、この
   コイル（５）を評価装置（１４）と接続することを特徴
   とする指示装置。 １２、制御装置（６）が、それがすべてのコイル（４、
   ５）と接続されている場合に駆動信号を３相交流電動機
   （１）に供給し、それが１つのコイル（４、５）とも接
   続されていない場合にはテスト信号を少なくとも１つの
   コイル（４）に供給することを特徴とする請求項１１に
   記載の指示装置。 １３、テスト信号が、低い周波数の周期交流信号（３０
   、４０）であることを特徴とする請求項１１又は１２に
   記載の指示装置。 １４、各コイルのための駆動信号が周期的な一連のパル
   スを有し、個々のコイル（４、５）に供給されるパルス
   列を互いに位相シフトしたことを特徴とする請求項１１
   ないし１３のうちのいずれか１項に記載の指示装置。 １５、切換スイッチ（１３）が各パルスの後に切換えら
   れ、コイル（５）のうちの一方を評価装置（１４）と接
   続し、所定の時間の後に戻し切換えし、このコイル（５
   ）を制御装置（６）と接続することを特徴とする請求項
   １４に記載の指示装置。 １６、評価装置（１４）が最大値検出装置（１６）を有
   し、最大値検出装置（１６）は、評価装置（１４）と接
   続されているコイル（５）から発生される信号の最大値
   を求めることを特徴とする請求項１１ないし１５のうち
   のいずれか１項に記載の指示装置。 １７、評価装置（１４）が、最大値を記憶するメモリ装
   置（１７）と、瞬時の最大値を、前に記憶された最大値
   と比較しその差を求める比較装置（１８）とを備えてい
   ることを特徴とする請求項１６に記載の指示装置。 １８、比較装置（１８）が制御装置（６）と接続されて
   おり、比較装置（１８）は、比較装置（１８）により求
   められた差の絶対値が所定の値より小さい場合には３相
   交流電動機（１）の駆動を中断することを特徴とする請
   求項１７に記載の指示装置。