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Dokumentenidentifikation DE19610059B4 27.12.2007
Titel Anzeigeinstrument und Verfahren zum Betrieb desselben
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Kataoka, Masami, Kariya, Aichi, JP
Vertreter TBK-Patent, 80336 München
DE-Anmeldedatum 14.03.1996
DE-Aktenzeichen 19610059
Offenlegungstag 19.09.1996
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.12.2007
IPC-Hauptklasse G01R 5/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01D 13/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01D 3/06(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   G01D 15/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   H02P 8/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Anzeigeinstrument und bezieht sich insbesondere auf ein durch einen Schrittmotor angetriebenes Anzeigeinstrument sowie auf ein Verfahren zum Betrieb desselben.

Ein Anzeigeinstrument, welches durch einen Zweiphasen-Magnetfeld-Schrittmotor angetrieben wird, wurde in einem Fahrzeug bereits eingesetzt. Der Schrittmotor eines solchen Anzeigeinstruments weist ein Paar von ringförmigen Statoren auf, deren jeder eine ringförmige Wicklung und eine Vielzahl von magnetischen Polen hat, sowie einen Permanentmagnetrotor, der dieselbe Anzahl von Polen wie jeder der Statoren besitzt. Die Pole eines der Statoren sind jeweils zwischen den Polen des anderen Stators angeordnet, und eine der Wicklungen wird mit einem Strom sinusförmigen Verlaufs erregt, während die andere Wicklung gleichzeitig mit einem Strom cosinusförmigen Verlaufs erregt wird. Ein magnetisches Drehfeld wird durch die Statoränderungen erzeugt, wenn sich beide den Wicklungen zugeführte Ströme sinusoidal oder sinusförmig ändern, so daß der Permanentmagnetrotor in einer vorbestimmten Richtung angetrieben wird und sich eine Anzeigevorrichtung oder ein Zeiger des Anzeigeinstruments zusammen mit dem Magnetrotor bewegt. Die Anzeigevorrichtung wird bei der Herstellung üblicherweise so eingestellt, daß sie in einer Nullage verbleibt.

Falls jedoch dem Anzeigeinstrument vor der Auslieferung ein Stoß versetzt wird, kann sich der Magnetrotor drehen, die Anzeigevorrichtung aus der Nullage gebracht oder entfernt und nicht mehr in diese zurückgeführt werden.

Das in der JP 06-38593AA offenbarte Anzeigeinstrument besitzt einen sich nahe der Nullage oder Nullstellung befindenden Anschlag oder Stopper, und ein sinusförmiger sowie ein cosinusförmiger Strom werden den jeweiligen Wicklungen als Nullrückführ- oder Nullrückstellstrom zugeführt, um ein in Rückwärtsrichtung drehendes Magnetfeld bereitzustellen und dadurch den Magnetrotor und die Anzeigevorrichtung in die Nullstellung zurückzuführen und gegen den Anschlag in Anlage zu bringen, bevor das Anzeigeinstrument den Betrieb (Vorwärtsdrehung) aufnimmt, so daß sich die Anzeigevorrichtung aus der Nullstellung heraus bewegen kann.

Wenn jedoch das in Rückwärtsrichtung drehende Feld für länger als etwa einen halben Zyklus bestehen bleibt, während die Anzeigevorrichtung und der Magnetrotor durch den Anschlag festgehalten werden, bewegt sich die magnetische Kraft des Drehfelds auf die entgegengesetzte Seite der Anzeigevorrichtung treibt den Magnetrotor so an, daß die Anzeigevorrichtung wieder von dem Anschlag gelöst oder entfernt wird. Infolgedessen kann sich die Anzeigevorrichtung nicht aus der Nullstellung heraus bewegen, wenn sie zum Zweck normaler Funktion (Vorwärtsdrehung) betätigt wird.

Wenn den Wicklungen beispielsweise ein halber Zyklus (180°) der sinusförmigen Ströme zugeführt wird, wenn die Anzeigevorrichtung aus einer 30°-Winkelposition in die Nullstellung (Winkelposition 0°) zurückgeführt wird, bewegt sich oder schwankt der Zeiger wiederholt zwischen der Nullstellung und der 30°-Stellung, wie in 12 gezeigt, und kann solange nicht in der Nullstellung verharren, wie die sinusförmigen Ströme den Wicklungen zugeführt werden.

Die US 5,287,050 bzw. die entsprechende DE 4200551 A schlägt eine Nullrückführsteuerung für die Anzeigevorrichtung vor, bei der der Nullrückführstrom abgeschaltet oder unterbrochen wird, wenn anhand einer über beide Anschlüsse des Schrittmotor induzierten Spannung erfaßt wird, daß die Anzeigevorrichtung gegen den Anschlag anliegt.

Hierbei sind jedoch ein Schaltbetrieb einer Ansteuer- oder Treiberschaltung und eine Spannungserfassungsschaltung erforderlich, die zu einer komplizierten Anordnung führen.

Die Druckschrift DE 43 10 060 A1 offenbart ein analoges elektrisches Anzeigeinstrument mit einer Rücksetzeinrichtung, wobei eine Spule in einem Permanentmagnetfeld drehbar angeordnet und eine Steuerungseinrichtung, vorgesehen ist zum Zuführen entsprechender Ströme zu der Spule zur Anzeige einer bestimmten Anzeigebedingung bzw. eines bestimmten Werts durch Drehen der Spule und eines Zeigers zur einer gewünschten Position. Wird die Versorgungsspannung ausgeschaltet oder unterhalb eines vorbestimmten Werts vermindert, dann wird der Zeiger bzw. die Anzeigeeinrichtung zu der Nullposition (Ruheposition) unter Verwendung einer Sekundärversorgungsspannung zurückgeführt, die in einem Kondensator gespeichert ist. Dabei wird der Zeiger so schnell wie möglich zur Nullposition zurückgeführt. Die Drehung des Zeigers wird mittels einer entsprechenden Einrichtung überwacht, und wurde die Nullposition erreicht, dann wird die Sekundärspannungszufuhr ausgeschaltet, wobei der Zeiger zur Nullposition zurückgesetzt ist.

Des weiteren zeigen die Druckschriften DE 39 25 892 C2 und US 5 214 597 eine Kreuzspul-Anzeigevorrichtung, bei der ein Kreuzspulenpaar vorgesehen ist, das mit einem Magnetfeld beaufschlagt wird zum Drehen eines magnetischen Rotors, der auf seiner Achse einen Zeiger trägt. Werden den Spulen sinusförmige Ströme zugeführt, dann werden die Spulen zusammen mit dem Magnetrotor und dem Zeiger gedreht zur Anzeige einer bestimmten Messvariablen. Wird den Spulen kein Strom zugeführt, dann ist eine Feder vorgesehen zum Bewegen des Magnetrotors zu einer Nullanzeigeposition, wenn der Zeiger einen Anschlagstift erreicht. Werden die Spulen zur Anzeige kleiner Werte der anzuzeigenden Variablen mit Strömen versorgt, und würde dies zu einer Anzeige des Messwerts in der Nähe der Nullposition gegen die Vorspannkraft der Feder führen, dann wird die Stromstärke vermindert zur Unterdrückung des Erzeugens von Kontaktgeräuschen des Zeigers mit dem Anschlagstift bei Vibrationen des Zeigers. Eine derartige Steuerung wird durchgeführt, wenn der Zeiger angesteuert wird zur Anzeige eines Werts innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs des Zeigers relativ zu dem und in der Nähe des Anschlagstifts.

Der vorliegenden Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Anzeigeinstrument sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments bereitzustellen, die die Nullrückführung und das Positionieren des Zeigers in die Nullstellung mit einfachem Aufbau gewährleisten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Anzeigeinstrument gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments gemäß den Merkmalen im Patentanspruch 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Uteransprüchen angegeben.

Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Anzeigeninstrument mit einem Schrittmotor mit: einem Paar Felderregerspulen und einem Permanentmagnetrotor, einer mittels des Schrittmotors drehbaren Anzeigeeinrichtung, einer Treiberschaltung zum intermittierenden Zuführen von unterschiedlichen Ansteuerungsströmen zu dem jeweiligen Paar Felderregerspulen zur Bildung eines Magnetfelds zum schrittweisen Drehen des Permanentmagnetrotors, einer Steuerungseinheit zur Steuerung der Treiberschaltung entsprechend einer mittels der Anzeigeeinrichtung anzuzeigenden vorgegebenen Bedingung, und einem Anschlag zum Anhalten der Anzeigeeinrichtung bei einer Nullposition der Anzeigeeinrichtung, wenn die Anzeigeeinrichtung zu Nullposition zurückgeführt wird, wobei die Steuerungseinrichtung vorgesehen ist zum Steuern der Treiberschaltung zum Zuführen des Ansteuerungsstroms zu dem Feldererregerspulen zum Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags, bevor die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der vorbestimmten Bestimmung angesteuert wird, und Auslassen eines Teils des für das Drehen der Anzeigeinrichtung in Richtung des Anschlags zugeführten Ansteuerungsstroms, der andernfalls einen Teil des Magnetfelds erzeugt zum Trennen der Anzeigeeinrichtung von dem Anschlag, nachdem die Anzeigeeinrichtung mittels des Anschlags angehalten wurde.

Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments mit: einem Schrittmotor mit zumindest zwei Felderregerspulen und einem Permanentmagnetrotor, einer mit dem Schrittmotor drehbaren Anzeigeeinrichtung, einer Steuerungseinheit zur Erzeugung von Steuerungssignalen gemäß einer mittels der Anzeigeeinrichtung anzuzeigenden vorbestimmten Bedingung, einer Treiberschaltung zum Zuführen von Ansteuerungsströmen zu den Feldspulen entsprechend den Steuerungssignalen der Steuerungseinheit zum schrittweisen Antreiben des Permanentmagnetrotors, und einem Anschlag zum Anhalten der Anzeigeeinrichtung bei einer Nullposition der Anzeigeeinrichtung, wenn die Anzeigeeinrichtung zur Nullposition zurückgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Steuern der Treiberschaltung zum Zuführen eines kosinusförmigen Ansteuerungsstroms und eines sinusförmigen Ansteuerungsstroms zu den Felderregerspulen zur Bildung eines magnetischen Drehfelds, das sich kontinuierlich in einer Nullpositionsrückführungsrichtung dreht, und Auslassen eines Teils des für das Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags zugeführten sinusförmigen und kosinusförmigen Ansteuerungsstroms, der andernfalls ein magnetisches Drehfeld in entgegengesetzter Richtung zu der Nullpositionsrückführungsrichtung erzeugt, sodass die Anzeigeeinrichtung an dem Anschlag verbleiben und den Anschlag in Folge eines Teils des magnetischen Drehfelds, nachdem die Anzeigeeinrichtung mittels des Anschlags angehalten wird, nicht verlassen kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm eines Anzeigeinstruments, auf welches nachfolgend Ausführungsbeispiele Anwendung finden;

2 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines Schrittmotors und eines Anzeigeinstruments gemäß 1;

3 eine Teil-Schnittansicht, die einen Stator und einen Magnetrotor des in 1 gezeigten Schrittmotors veranschaulicht;

4 eine diagrammatische Ansicht des Stators und des Magnetrotors des in 1 gezeigten Schrittmotors;

5 ein Ablaufdiagramm, welches den Verarbeitungsablauf eines Mikrocomputers des Anzeigeinstruments gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

6 ein Ablaufdiagramm einer Nullrückführ-Routine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

7 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Nullrückführ-Routine gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;

8 ein Diagramm, welches Nullrückführströme, die jeweiligen Wicklungen des Schrittmotors jedesmal dann zugeführt werden, wenn eine festgelegte Zeitdauer um ist, sowie den Zusammenhang zwischen einem Winkelversatz der Anzeigevorrichtung und dem Phasenwinkel der Nullrückführströme gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

9 ein Ablaufdiagramm einer Nullstellungs-Rückführroutine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;

10 ein Ablaufdiagramm einer weiteren Nullstellungs-Rückführroutine gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;

11 ein Diagramm, welches Kurvenformen eines Nullrückführstroms, der jeweiligen Wicklungen des Schrittmotors jedesmal dann zugeführt wird, wenn eine festgelegte Zeitdauer um ist, sowie den Zusammenhang zwischen einem Winkelversatz der Anzeigevorrichtung und dem Phasenwinkel des Nullrückführstroms des Schrittmotors gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;

12 ein Diagramm, welches Kurvenformen eines Nullrückführstroms, der jeweiligen Wicklungen des Schrittmotors jedesmal dann zugeführt wird, wenn eine festgelegte Zeitdauer um ist, sowie den Zusammenhang zwischen einem Winkelversatz der Anzeigevorrichtung und dem Phasenwinkel des Nullrückführstroms eines herkömmlichen Schrittmotors zeigt;

(Erstes Ausführungsbeispiel)

Unter Bezugnahme auf die 1 bis 8 wird ein Anzeigeinstrument gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.

Ein Schrittmotor 4 hat ein zylinderförmiges Gehäuse 10, gezeigt in 2, und einen Rotor 40, gezeigt in 3. Das zylinderförmige Gehäuse 10 beherbergt ein Paar von oberen und unteren, koaxial angeordneten ringförmigen Statoren 20 und 30 und weist einen stabförmigen Anschlag 12 auf einer oberen Wandung 11 desselben auf.

Der obere Stator 20 besteht aus einem Paar von ringförmigen oberen und unteren Jochen 21 und 22, die eine in einem Spulenträger 23 gemäß 3 untergebrachte ringförmige Phasenspule (nachstehend als A-Phasen-Spule bezeichnet) 24 einschließen. Das obere Joch 21 hat ein flaches Jochelement und eine Vielzahl (in diesem Ausführungsbeispiel 12) von Polzähnen 21a, die sich von der Innenseite des flachen Jochelements aus erstrecken, und das untere Joch 22 hat ein Jochelement mit L-förmigem Querschnitt und dieselbe Anzahl von sich von der Innenseite des L-förmigen Jochelements aus in jeweils gleichem Abstand oder gleichen Intervallen (in diesem Ausführungsbeispiel 15°) zwischen die Polzähne 21a erstreckenden Polzähnen 22a. Die Polzähne 21a und 22a sind so angeordnet, daß sie dem Rotor 40 an einem Luftspalt gegenüberliegen.

Der untere Stator 30 besteht aus einem Paar von oberen und unteren ringförmigen Jochen 31 und 32, die eine in einem Spulenträger 33 untergebrachte ringförmige Phasenspule (nachstehend als B-Phasen-Spule bezeichnet) 34 einschließen. Das obere Joch 31 hat ein flaches Jochelement und eine Vielzahl (in diesem Ausführungsbeispiel 12) von Polzähnen 31a, die sich von der Innenseite des flachen Jochelements aus erstrecken, und das untere Joch 32 hat ein Jochelement mit L-förmigem Querschnitt und sich von der Innenseite des L-förmigen Jochelements aus in jeweils gleichem Abstand oder gleichen Intervallen (in diesem Ausführungsbeispiel 15°) zwischen die Polzähne 31a erstreckenden Polzähnen 32a. Die Polzähne 31a und 32a sind so angeordnet, daß sie dem Rotor 40 an einem Luftspalt gegenüberliegen.

Jeder der Zähne 31a des unteren Stators 30 ist in Umfangsrichtung um ein halbes Intervall (in diesem Ausführungsbeispiel 7,5°) gegenüber einem benachbarten der Zähne 21a des oberen Stators 20 versetzt, wie in 4 gezeigt. Jeder der Zähne 32a ist ebenfalls auf gleiche Weise gegenüber einem benachbarten Zahn 22a versetzt.

Der Magnetrotor hat eine Ausgangswelle 41 und eine Vielzahl (in diesem Ausführungsbeispiel 12) von N-Pol-Permanentmagneten sowie dieselbe Anzahl von S-Pol-Permanentmagneten, die abwechselnd an dessen äußerem Umfang in gleichem Abstand (in diesem Ausführungsbeispiel 15°) angeordnet sind. Die Ausgangswelle 41 wird von einem (nicht gezeigten) Lager aufgenommen, welches an einem Mittenabschnitt der oberen Wandung 11 des zylinderförmigen Gehäuses 10 befestigt ist.

Eine Anzeigevorrichtung 50 wird durch ein Nabenelement 51, welches von einem Ende der Ausgangswelle 41 getragen wird, abgestützt. Die Welle erstreckt sich so von der oberen Wandung 11 des zylinderförmigen Gehäuses aus, daß sich die Anzeigevorrichtung 50 über eine (nicht gezeigte) Skalenscheibe bewegen kann. Wenn die Anzeigevorrichtung durch den Magnetrotor 40 in Rückwärtsrichtung angetrieben wird, um in eine Nullstellung der Skalenscheibe zurückzukehren, wird ein Abschnitt der Anzeigevorrichtung 50 schließlich durch den Anschlag 12 eingefangen oder angehalten, so daß zwischen der Anzeigevorrichtung 50 und der Nullstellung ein Winkel &dgr; wie in 4 gezeigt gebildet wird.

Wird der A-Phasen-Spule 24 ein positiver oder Plus-Strom zugeführt, wird jeder der durch A+ gekennzeichneten Polzähne 21a zu einem N-Pol, und jeder der durch A– gekennzeichneten Polzähne 22a wird zu einem S-Pol. Wenn der A-Phasen-Spule 24 demgegenüber ein negativer oder Minus-Strom zugeführt wird, wird jeder der durch A+ gekennzeichneten Polzähne 21a zu einem S-Pol, und jeder der durch A– gekennzeichneten Polzähne 22a wird zu einem N-Pol.

Wird der B-Phasen-Spule 34 ein positiver oder Plus-Strom zugeführt, wird jeder der durch B+ gekennzeichneten Polzähne 31a zu einem N-Pol, und jeder der durch B– gekennzeichneten Polzähne 32a wird zu einem S-Pol. Wenn der B-Phasen-Spule 34 demgegenüber ein negativer oder Minus-Strom zugeführt wird, wird jeder der durch B+ gekennzeichneten Polzähne 31a zu einem S-Pol, und jeder der durch B– gekennzeichneten Polzähne 32a wird zu einem N-Pol.

Infolgedessen wird dann, wenn der A-Phasen-Spule 24 bzw. der B-Phasen-Spule 34 gleichzeitig cosinusförmiger Strom und sinusförmiger Strom mit normalem Phasenwinkel zugeführt werden, der Magnetrotor 40, der sich in der in 4 gezeigten Position (die S-Pole des Magnetrotors 40 liegen den A+ –Polen des Stators gegenüber) befindet, pro jeweils 90° Phasenwinkel um 7,5° in Vorwärtsrichtung (im Uhrzeigersinn in 4) angetrieben und dann, wenn andererseits der A-Phasen-Spule 24 bzw. der B-Phasen-Spule 34 gleichzeitig cosinusförmiger Strom und sinusförmiger Strom mit umgekehrtem Phasenwinkel (der bei 0° beginnenden und in Richtung negativen Phasenwinkels verlaufenden Phase, wie in 12 gezeigt) zugeführt werden, der Magnetrotor 40, pro jeweils 90° Phasenwinkel der sinusförmigen Signalverläufe um 7,5° in Rückwärtsrichtung Vorwärtsrichtung angetrieben.

Das Anzeigeinstrument weist einen Mikrocomputer 60 auf, der einen ersten, direkt mit einem Plus-Anschluß einer Fahrzeugbatterie 1 verbundenen Anschluß und einen zweiten, mit dem Plus-Anschluß derselben Batterie über einen Zündschalter 2 verbundenen Anschluß hat.

Der Mikrocomputer 60 steuert eine Treiberschaltung 70, die den Schrittmotor 40 über die A-Phasen-Spule 24 und die B-Phasen-Spule 34 steuert. Der Mikrocomputer 60 besitzt einen nichtflüchtigen Speicher oder ROM, welcher Daten speichert, die einen Zusammenhang zwischen der Amplitude in % und dem Phasenwinkel (jedes einzelne Grad) der sinus- und cosinusförmigen Treiberströme wiedergeben.

Die Ansteuer- oder Treiberschaltung 70 wird so durch den Mikrocomputer 60 gesteuert, daß der A-Phasen-Spule 24 und der B-Phasen-Spule 34 die sinusförmigen Treiberströme zugeführt werden, deren Phasen sich voneinander (beispielsweise um 90°) unterscheiden.

Da das Anzeigeinstrument 50 als Geschwindigkeitsmesser die Fahrzeuggeschwindigkeit in gut bekannter Art und Weise anzeigt, erfolgt die Beschreibung des Betriebs bevorzugter Ausführungsbeispiele nachfolgend in der Hauptsache unter dem Gesichtspunkt des Nullrückführvorgangs oder -betriebs.

Der Mikrocomputer 60 beginnt mit dem Nullrückführbetrieb gemäß 5, wenn das Anzeigeinstrument in einem Fahrzeug verbaut und der Mikrocomputer 60 mit dem Plus-Anschluß der Batterie 1 verbunden werden.

Wenn der Mikrocomputer 60 den Betrieb aufnimmt, erfolgt in einem Schritt 100 ein Initialisierungsvorgang, und eine Routine zur Nullrückkehr aus einem 300°-Winkelversatz der Anzeigevorrichtung 50 wird wie in den 5 und 6 gezeigt ausgeführt. Es wird hierbei angenommen, daß sich die Anzeigevorrichtung 50 in einer 30°-Winkelposition befindet, wie in 8 gezeigt. Die horizontale Achse des Diagramms gemäß 8 gibt den Phasenwinkel der Cosinuskurve und der Sinuskurve in umgekehrter Richtung an, jedoch ohne einen Abschnitt, der einem Bereich des Phasenwinkels zwischen 180° und 340° entspricht, weil das in diesem Bereich erzeugte magnetische Drehfeld dazu neigt, die Anzeigevorrichtung 50 von dem Anschlag 12 zu lösen. Mit –430° und –520° bezeichnete Phasenwinkel, die kleiner sind als –360°, repräsentieren den Phasenwinkel der zweiten Wicklung und entsprechen 90° bzw. 180° der ersten Wicklung.

Nebenbei bemerkt erscheinen dieselben oder ähnliche Bezeichnungen in den in den 11 und 12 gezeigten nachfolgenden Diagrammen.

Die Anzahl j von Nullrückführvorgängen der Anzeigevorrichtung 50 wird in einem Schritt 111 gemäß 6 auf 0 gesetzt. Sodann werden in einem Schritt 112 ein Phasenwinkel i zu 0° festgelegt und ein Zeitgeber des Mikrocomputers 60 gestartet. Daraufhin werden die Amplitudenwerte des sinusförmigen Stroms und des cosinusförmigen Stroms, die dem Phasenwinkel 0 entsprechen, aus dem ROM gelesen und Signale entsprechend SIN (i) = SIN (0°) = 0% und COS(i) = COS(0°) = 100, wie in 8 gezeigt, der Treiberschaltung 70 zugeführt.

Wenn der Zeitgeber in einem Schritt 114 eine festgelegte Zeit (beispielsweise 0,3 ms) zum Ändern des Phasenwinkels um 1° mißt, wird JA ermittelt, um zu einem Schritt 114a fortzuschreiten, in welchem der Phasenwinkel i = i – 1° = –1° festgelegt wird. Die festgelegte Zeit T wird so gewählt, daß die Anzeigevorrichtung 50 der Änderung des durch die Phasenspulen 24 und 34 erzeugten magnetischen Drehfelds synchron folgen kann.

Sodann wird in einem Schritt 115 verglichen, ob der Phasenwinkel i in einem Bereich zwischen –340° und –(180° – &Dgr;a°) liegt oder nicht. Dieser Bereich entspricht allgemein dem letzten Halbzyklus der sinus- und cosinusförmigen Treiberströme. Ein Bereich zwischen –340° und –360° der Treiberströme jedoch bildet das magnetische Feld so aus, daß die Anzeigevorrichtung 50 in die Nullstellung zurückgeführt wird.

Da der Phasenwinkel i zu diesem Zeitpunkt –1° beträgt und &Dgr;a° auf weniger als 100° festgelegt ist (üblicherweise etwa 45°), wird in diesem Schritt NEIN ermittelt und sodann in einem Schritt 116 JA ermittelt, um zu Schritt 113 zurückzukehren. Dieselbe Folge von Schritten 113, 114, 114a, 115 und 116 werden wiederholt, und die Treiberschaltung 70 führt der A-Phasen-Spule 24 und der B-Phasen-Spule 34 den sinusförmigen bzw. den cosinusförmigen Strom zu, deren jeder um den Winkel 1° abnimmt, bis in Schritt 115 JA ermittelt wird, wie in 8 gezeigt.

Es wird angemerkt, daß die vorstehenden Schritte dasjenige Magnetfeld eliminieren oder beseitigen, welches dazu führt, daß der Rotor und die Anzeigevorrichtung 50 von dem Anschlag getrennt werden. Infolgedessen bewegt sich die Anzeigevorrichtung 50 in die Nullstellung, ohne während der Drehung des Schrittmotors 4 den Anschlag 12 verlassen zu wollen (Schwankung).

Dann wird der Phasenwinkel i in einem Schritt 115a neu auf –340° festgelegt bzw. aktualisiert. Danach werden die Amplituden des sinusförmigen Stroms SIN(–340°) und des cosinusförmigen Stroms COS(–340°) aus dem ROM ausgelesen, um die Treiberschaltung 70 zu steuern und dadurch den Schrittmotor 4 so anzutreiben, daß die Anzeigevorrichtung 50 in Richtung des Anschlags 12 gedreht wird.

Sodann werden in Schritt 115 NEIN und in Schritt 116 JA ermittelt und die Schritte 113, 114, 114a, 115 und 116 wiederholt, bis der Phasenwinkel i gleich –360° wird.

Wenn der Phasenwinkel i –360° wird, wird in Schritt 116 NEIN ermittelt; in einem Schritt 116a werden der Phasenwinkel i auf 0° und die Anzahl der Nullrückführvorgänge j auf j – 1 festgelegt. In einem nächsten Schritt 117 wird verglichen, ob die Anzahl der Nullrückführvorgänge j größer ist als –10 oder nicht. Falls JA ermittelt wird, so bedeutet dies, daß die 30°-Rückführvorgänge zehnmal wiederholt worden sind, oder anders ausgedrückt, daß eine 300°-Nullrückführung ausgeführt wurde. Demzufolge kann selbst dann, wenn die Anzeigevorrichtung 50 um einen Winkel von 300° oder weniger verschoben bzw. versetzt wurde, diese in die Nullstellung zurückgeführt werden, ohne daß Beweggrund besteht, den Anschlag 12 während des Nullrückführvorgangs zu verlassen.

Sodann werden die Schritte 113 bis 117 wiederholt, bis in Schritt 117 NEIN ermittelt wird (neun Wiederholungen im vorliegenden Fall). Wenn in Schritt 117 NEIN ermittelt wird, wird in einem Schritt 118 der Zeitgeber angehalten und der Nullrückführvorgang 110 beendet.

Der 300°-Nullrückführungsvorgang wird in dieser Routine 130 nur einmal ausgeführt, weil sich die Anzeigevorrichtung 50 des Instruments im im Fahrzeug installierten Zustand nicht weiter von der Nullstellung entfernt bzw. sich aus dieser verschiebt als die Anzeigevorrichtung 50 des Instruments vor dessen Einbau.

Danach führt der Mikrocomputer 60 immer dann, wenn der Zündschalter 2 des Fahrzeugs eingeschaltet wird, eine 30°-Nullrückführvorgang-Routine 130 gemäß den 5 und 7 aus.

Eine Folge von Schritten 131 bis 135 der in 7 gezeigten Nullrückführroutine 130 ist im wesentlichen gleich der Folge von Schritten 111 bis 116 der Nullrückführroutine 110.

Wenn in Schritt 135 NEIN ermittelt wird, werden in Schritt 136 der Phasenwinkel i auf 0 festgelegt und die Amplituden des sinusförmigen Stroms SIN(0°) und die des cosinusförmigen Stroms COS(0°), die dem Phasenwinkel i = 0° entsprechen, aus dem ROM ausgelesen, so daß die Ansteuerschaltung 70 den Schrittmotor 4 so ansteuert, daß die Anzeigevorrichtung 50 auf dem Anschlag 12 gehalten wird. Dann stoppt der Zeitgeber in einem Schritt 138, und die Nullrückführroutine 130 wird beendet.

Obwohl die Nullrückführroutinen 110 und 130 die Anzeigevorrichtung 50 so steuern, daß diese aus der 30°-Winkelposition zurückkehrt, kann die Routine auf die in der Nullstellung ruhende Anzeigevorrichtung 50 angewandt werden. In diesem Fall wird die Anzeigevorrichtung 50 auf im wesentlichen dieselbe Weise wie vorstehend beschrieben gesteuert.

Nach der Routine 130 schreitet der Ablauf zur Geschwindigkeitsanzeige (Vorwärtsantrieb) zu Schritten 140 und 150 gemäß 5 fort, in welchen Eingangssignale ausgelesen und ein einzustellender Winkelversatz &thgr;o der Anzeigevorrichtung 50 berechnet wird. Daraufhin wird ein gegenwärtiger Winkelversatz &thgr;a mit dem einzustellenden Winkelversatz &thgr;o verglichen, um den Motor 4 vorwärts (Schritt 151) oder rückwärts (Schritt 152) anzutreiben, oder zu einem Schritt 160 fortzuschreiten, in welchem erfaßt wird, ob der Zündschalter 2 ausgeschaltet ist oder nicht. Wenn der Zündschalter 2 ausgeschaltet ist, wird JA ermittelt und der Schrittmotor 4 so gesteuert, daß er die Anzeigevorrichtung 50 aus dem gegenwärtigen Winkelversatz &thgr;a in die Nullstellung bringt.

(Zweites Ausführungsbeispiel)

Nachstehend wird ein zweites Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die 9, 10 und 11 beschrieben. Der Schritt 115a des ersten Ausführungsbeispiels wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel durch einen Schritt 115b ersetzt.

Während sich der Phasenwinkel i in einem Bereich zwischen –340° und –(180° – &Dgr;a°) ändert, wird die Geschwindigkeit des Nullrückführbetriebs oder -vorgangs im Vergleich zu anderen Bereichen auf die doppelte Geschwindigkeit erhöht, so daß die Schwankung oder Flatterbewegung der Anzeigevorrichtung 50 von dem Fahrer nicht wahrgenommen werden kann. Da sich die Anzeigevorrichtung 50 bewegt, kann sie der erhöhten Geschwindigkeit des Nullrückführvorgangs folgen. Die Geschwindigkeit kann auf mehr als den zweifachen Wert anderer Bereiche erhöht werden, solange die Anzeigevorrichtung 50 den sich ändernden Zyklen der sinusförmigen Ströme folgen kann.

(Abwandlung)

Die vorliegende Erfindung kann auf Dreiphasen-Schrittmotore einschließlich der Permanentmagnet-Schrittmotore und anderer Hybrid-Motorarten angewandt werden. Die Erfindung kann auch auf einen Einphasen-Motor angewandt werden, wenn eine geeignete Nullrückführ-Anordnung bereitgestellt wird.

Der den Wicklungen zugeführte sinusoidale oder sinusförmige Steuerstrom kann durch andere Steuerströme wie beispielsweise einen näherungsweise sinusförmigen oder trapezförmigen Strom oder dergleichen ersetzt werden.

Der Anschlag 12 kann an anderer Stelle als der oberen Wandung 11 des zylinderförmigen Gehäuses angeordnet sein.

Die Steuerschritte des Nullrückführvorgangs können als festverdrahtete Logikelemente ausgeführt sein.

Die vorstehend beschriebene Anzeigevorrichtung eines Meßgeräts wird durch einen Schrittmotor, in welchem durch Feldspulen ein magnetisches Drehfeld ausgebildet wird, welches ein zusammengesetztes Feld der Magnetfelder der mit einem sinusförmigen Treiberstrom und einem cosinusförmigen Treiberstrom versorgten Spulen ist, angetrieben. Die Anzeigevorrichtung wird durch das magnetische Drehfeld auch auf einen sich in einer Nullstellung des Meßgeräts befindenden Anschlag zurückgeführt. Ein Teil des magnetischen Drehfelds, welches während des Nullrückführvorgangs durch die sinus- und cosinusförmigen Signalverläufe in einem Phasenwinkelbereich zwischen –340° und –(180° – &Dgr;a°) gebildet wird, wird unterbrochen, nachdem die Anzeigevorrichtung auf dem Anschlag ruht, so daß ein solcher Teil des magnetischen Drehfelds die Anzeigevorrichtung nicht von dem Anschlag entfernen kann.


Anspruch[de]
Anzeigeninstrument mit einem Schrittmotor mit:

einem Paar Felderregerspulen (24, 34) und einem Permanentmagnetrotor (40),

einer mittels des Schrittmotors (4) drehbaren Anzeigeeinrichtung (50),

einer Treiberschaltung (70) zum intermittierenden Zuführen von unterschiedlichen Ansteuerungsströmen zu dem jeweiligen Paar Felderregerspulen zur Bildung eines Magnetfelds zum schrittweisen Drehen des Permanentmagnetrotors,

einer Steuerungseinheit (60) zur Steuerung der Treiberschaltung entsprechend einer mittels der Anzeigeeinrichtung anzuzeigenden vorgegebenen Bedingung, und

einem Anschlag (12) zum Anhalten der Anzeigeeinrichtung bei einer Nullposition der Anzeigeeinrichtung, wenn die Anzeigeeinrichtung zur Nullposition zurückgeführt wird, wobei die Steuerungseinheit (60) fernervorgesehen ist zum

Steuern der Treiberschaltung zum Zuführen des Ansteuerungsstroms zu den Feldererregerspulen zum Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags, bevor die Anzeigeeinrichtung zum Anzeigen der vorbestimmten Bestimmung angesteuert wird, und

Auslassen eines Teils des für das Drehen der Anzeigeinrichtung in Richtung des Anschlags zugeführten Ansteuerungsstroms, der andernfalls einen Teil des Magnetfelds erzeugt zum Trennen der Anzeigeeinrichtung von dem Anschlag, nachdem die Anzeigeeinrichtung mittels des Anschlags angehalten wurde.
Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (60) die Treiberschaltung (70) zum Zuführen des Ansteuerungsstroms zum Drehen der Anzeigeeinrichtung (50) in Richtung des Anschlags (12) um einen eingestellten Winkel steuert. Anzeigeinstrument nach Anspruch 2, wobei die Steuerungseinheit (60) die Treiberschaltung (70) in einer eingestellten Zeitdauer steuert. Anzeigeinstrument nach Anspruch 3, wobei ein Teil der eingestellten Zeitdauer ausreichend kurz für einen Fahrer ist, dass dieser die Änderung der Anzeigeeinrichtung (50) in Folge der Wiederholung nicht erkennt. Anzeigeeinrichtung nach Anspruch 1, wobei

die Steuerungseinheit einen Steuerungsstromsignalgenerator aufweist, der vorgesehen ist zum Erzeugen eines Steuerungssignals entsprechend einer durch die Anzeigeeinrichtung (50) anzuzeigenden vorbestimmten Bedingung,

die Treiberschaltung angepasst ist zum intermittierenden Zuführen der Ansteuerungsströme zu den Feldspulen (24, 34) jeweils mit einer Änderung gemäß einem sinusförmigem Verlauf und einem kosinusförmigen Verlauf gemäß dem Steuerungssignalen zur Bildung des Magnetfelds zum schrittweisen Drehen des Permanentmagnetrotors (40), und wobei

der Steuerungsstromsignalgenerator umfasst:

eine Einrichtung zur Erzeugung eines Signals zur Steuerung der Treiberschaltung zum Zuführen eines Nullrückführungsstroms zu den Felderregerspulen zur Bildung eines zusammengesetzten Magnetfelds zum Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags, bevor die Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der vorbestimmten Bedingung angetrieben wird, und

eine Einrichtung zum Heraustrennen eines Teils des Signals, das einen Ansteuerungsstrom bildet, der für das Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags zugeführt wird, der andernfalls ein Magnetfeld erzeugt zum Trennen der Anzeigeeinrichtung von dem Anschlag, nachdem die Anzeigeeinrichtung durch den Anschlag angehalten wurde.
Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments mit:

einem Schrittmotor (4) mit zumindest zwei Felderregerspulen (24, 34) und einem Permanentmagnetrotor (40),

einer mit dem Schrittmotor drehbaren Anzeigeeinrichtung (50),

einer Steuerungseinheit (60) zur Erzeugung von Steuerungssignalen gemäß einer mittels der Anzeigeeinrichtung anzuzeigenden vorbestimmten Bedingung,

einer Treiberschaltung (70) zum Zuführen von Ansteuerungsströmen zu den Feldspulen entsprechend den Steuerungssignalen der Steuerungseinheit zum schrittweisen Antreiben des Permanentmagnetrotors, und

einem Anschlag (12) zum Anhalten der Anzeigeeinrichtung bei einer Nullposition der Anzeigeeinrichtung, wenn die Anzeigeeinrichtung zur Nullposition zurückgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:

Steuern der Treiberschaltung zum Zuführen eines kosinusförmigen Ansteuerungsstroms und eines sinusförmigen Ansteuerungsstroms zu den Felderregerspulen zur Bildung eines magnetischen Drehfelds, das sich kontinuierlich in einer Nullpositionsrückführungsrichtung dreht, und

Auslassen eines Teils des für das Drehen der Anzeigeeinrichtung in Richtung des Anschlags zugeführten sinusförmigen und kosinusförmigen Ansteuerungsstroms, der andernfalls ein magnetisches Drehfeld in entgegengesetzer Richtung zu der Nullpositionsrückführungsrichtung erzeugt, sodass die Anzeigeeinrichtung an dem Anschlag verbleibt und den Anschlag in Folge eines Teils des magnetischen Drehfelds, nachdem die Anzeigeeinrichtung mittels des Anschlags angehalten wird, nicht verlassen kann.
Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments nach Anspruch 6, wobei die Treiberschaltung angepasst ist zum intermittierenden Zuführen unterschiedlicher Ansteuerungsströme zu den Felderregerspulen zur Bildung eines magnetischen Drehfelds zum schrittweisen Antreiben des Schrittmotors, und wobei das Verfahren des Weiteren die Schritte umfasst:

Steuern der Treiberschaltung zum Zuführen jeweiliger sinusförmiger und kosinusförmiger Ansteuerungsströme zu den Felderregerspulen zur Bildung eines vollständigen magnetischen Drehfelds, das sich in einer Nullpositionsrückführungsrichtung dreht.
Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments nach Anspruch 6, wobei

das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

Wiederholen des vorstehenden Auslassungsschritts eine vorgegebene Anzahl von Malen, und

Beenden des Wiederholungsschritts, wenn die vorgegebene Anzahl erreicht ist.
Verfahren zum Betreiben eines Anzeigeinstruments nach Anspruch 6, wobei

das Verfahren ferner die Schritte umfasst:

Zuführen der Steuerungssignale zu der Treiberschaltung zum Zuführen des kosinusförmigen Ansteuerungsstroms und des sinusförmigen Ansteuerungsstroms zur Erzeugung eines Vollbereichs-Magnetdrehfelds, dass sich in der Nullpositionsrückführungsrichtung dreht,

Erzeugen von Steuerungssignalen entsprechend der durch die Anzeigeeinrichtung (50) mit einer Zyklusgeschwindigkeit anzuzeigenden vorbestimmten Bedingung, und

Vergrößern der Zyklusgeschwindigkeit, wenn der kosinusförmige Ansteuerungsstrom und der sinusförmige Ansteuerungsstrom einen Teil des magnetischen Drehfelds bilden, dass die Anzeigeeinrichtung (50) von dem Anschlag (12) entfernt, nachdem die Anzeigeeinrichtung mittels des Anschlags angehalten wurde.
Anzeigeinstrument nach Anspruch 1, wobei

der Schrittmotor (4) ein Paar von Ständern (20, 30), von denen jeder Mehrfachpolzähne aufweist, die in einer Umfangrichtung mit gleichen Abständen angeordnet sind, und ein Paar Felderregerspulen (24, 34) umfasst, und wobei der Permanentmagnetrotor (40) mehrere Magnetpole umfasst, die jeweils den Polzähnen entsprechen.






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