(57)【要約】【課題】装置コストの増大を回避しつつ、出力ギヤの回転角度を高精度に制御し、切替弁等の信頼性を向上させることが可能なモータ駆動装置を提供する。【解決手段】モータ駆動装置１は、ステッピングモータ３に連結された第６歯車１６に形成され、９０°間隔で配置された４つの磁極８と、それら磁極８の磁気を検知する磁気センサ７と、ステッピングモータ３に駆動パルスを与えて第６歯車１６を回転させつつ、磁気センサ７から出力される検知信号に基づいて第６歯車１６の回転角度を検出するモータ制御部２１とを備える。モータ制御部２１は、駆動パルスのパルス数に対応する第６歯車１６の回転角度と、磁気センサ７の検知信号に基づいて検出される第６歯車１６の回転角度とを対比し、対比結果に応じてステッピングモータ３の駆動量を制御する。【選択図】図１
2010200488.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモータに連結された出力ギヤに形成され、所定の間隔で配置された複数の磁極と、
該複数の磁極の磁気を検知する磁気センサと、
前記ステッピングモータに駆動パルスを与えて前記出力ギヤを回転させつつ、前記磁気センサから出力される検知信号に基づいて前記出力ギヤの回転角度を検出するモータ制御部とを備え、
該モータ制御部は、前記駆動パルスのパルス数に対応する前記出力ギヤの回転角度と、前記磁気センサの検知信号に基づいて検出される前記出力ギヤの回転角度とを対比し、対比結果に応じて前記ステッピングモータの駆動量を制御することを特徴とするモータ駆動装置。
【請求項２】
前記出力ギヤをプラスチック磁石で成形し、前記磁極を着磁により形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項３】
前記出力ギヤをプラスチック磁石と、他の材料とで二色成形し、前記プラスチック磁石で成形した部分に前記磁極を着磁により形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項４】
前記出力ギヤにプラスチック磁石シートを貼着し、該シートに前記磁極を着磁により形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項５】
永久磁石とプラスチックとを異色成形で一体成形することにより前記出力ギヤの磁極を形成したことを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
ステッピングモータに連結された出力ギヤに所定の間隔で複数の磁極を形成し、
該複数の磁極の磁気を磁気センサによって検知し、
前記ステッピングモータに駆動パルスを与えて前記出力ギヤを回転させつつ、前記磁気センサから出力される検知信号に基づいて前記出力ギヤの回転角度を検出し、
前記駆動パルスのパルス数に対応する前記出力ギヤの回転角度と、前記磁気センサの検知信号に基づいて検出される前記出力ギヤの回転角度との対比結果に応じて前記ステッピングモータの駆動量を制御することを特徴とするモータ駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置及び駆動方法に関し、特に、流体の流れや流量を制御する切替弁、混合弁等を駆動するために用いられるモータ駆動装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切替弁のような制御部品の弁動作を自在に制御する方法として、ＤＣモータを利用し、出力ギヤに磁石を１つ組み込み、複数のホールＩＣ（磁気検出用回路）を基板に実装することで、各ホールＩＣより位置検出信号を出力して制御する方法がある。
【０００３】
しかし、ホールＩＣは磁石に比較して高価であり、ＩＣを基板に実装するスペースも必要となるため、製品を大型化せざるを得ず、出力信号分の信号線やコネクタ端子の数も増加するという問題がある。また、ステッピングモータ等の他のモータを使用した場合でも、基本的に同様の課題がある。
【０００４】
また、特許文献１には、給湯器等に供給する湯の温度調節及び水量調節に使用する調整弁等を駆動するためのモータ駆動装置として、ステッピングモータを用い、一対のホールＩＣと、磁石とを備え、これらで出力部（出力ギヤ）の回転基準位置（０°）を検出する装置が開示されている。この装置では、磁石及びホールＩＣにより出力ギヤの原点出しを行い、その後は、原点から目標回転角度までの回転量に相当する駆動パルスをステッピングモータに与えることで、回転角度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１９１６１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のモータ駆動装置においては、駆動パルスのパルス数から見込まれる回転量を基準として、ステッピングモータの回転角度を制御することになるが、ステッピングモータの駆動量は、必ずしも駆動パルス数に一致するとは限らず、様々な要因によりずれが生じることがある。こうしたずれが生じると、以後、ずれを含んだ状態でステッピングモータが駆動されることになるため、切替弁、混合弁等の弁位置を正確に制御することが不可能になる。
【０００７】
上記の問題を解決する手法の１つとして、多数のホールＩＣを実装し、ホールＩＣの出力から原点以外の位置も検出し得るように構成することが考えられるが、前述のとおり、ホールＩＣは、高価であるのに加え、その実装面積を確保する必要も生じるため、装置コストの増大を招くという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来のモータ駆動装置における問題点に鑑みてなされたものであって、装置コストの増大を回避しつつ、出力ギヤの回転角度を高精度に制御し、切替弁等の信頼性を向上させることが可能なモータ駆動装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、モータ駆動装置であって、ステッピングモータに連結された出力ギヤに形成され、所定の間隔で配置された複数の磁極と、該複数の磁極の磁気を検知する磁気センサと、前記ステッピングモータに駆動パルスを与えて前記出力ギヤを回転させつつ、前記磁気センサから出力される検知信号に基づいて前記出力ギヤの回転角度を検出するモータ制御部とを備え、該モータ制御部は、前記駆動パルスのパルス数に対応する前記出力ギヤの回転角度と、前記磁気センサの検知信号に基づいて検出される前記出力ギヤの回転角度とを対比し、対比結果に応じて前記ステッピングモータの駆動量を制御することを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明によれば、磁気センサの検知信号から得られる出力ギヤの回転角度を確認しながら、ステッピングモータを駆動することができるため、出力ギヤの回転角度を高精度に制御することができ、切替弁等の信頼性を向上させることが可能になる。また、出力ギヤに形成する複数の磁極と、これら磁極の磁気を検出する磁気センサとの組み合わせにより、出力ギヤの回転角度を検出する検出機構を構成するため、装置コストを低く抑えることが可能になる。
【００１１】
上記モータ駆動装置において、前記出力ギヤをプラスチック磁石で成形し、前記磁極を着磁により形成することができる。また、前記出力ギヤをプラスチック磁石と、他の材料とで二色成形し、前記プラスチック磁石で成形した部分に前記磁極を着磁により形成することもできる。さらに、前記出力ギヤにプラスチック磁石シートを貼着し、該シートに前記磁極を着磁により形成することもできる。磁極を着磁により形成することで、磁極を任意の位置に設けることができるため、磁極の位置が異なる部品についても容易に対応することができ、部品の共通化を図ることができる。また、複数の磁極を設ける場合でも、永久磁石を用いる場合のように、磁石の収縮、がたつきがないため、磁極間の位置決めを精密に行うことができる。
【００１２】
さらに、永久磁石とプラスチックとを異色成形で一体成形することにより前記出力ギヤの磁極を形成することもできる。
【００１３】
また、本発明は、モータ駆動方法であって、ステッピングモータに連結された出力ギヤに所定の間隔で複数の磁極を形成し、該複数の磁極の磁気を磁気センサによって検知し、前記ステッピングモータに駆動パルスを与えて前記出力ギヤを回転させつつ、前記磁気センサから出力される検知信号に基づいて前記出力ギヤの回転角度を検出し、前記駆動パルスのパルス数に対応する前記出力ギヤの回転角度と、前記磁気センサの検知信号に基づいて検出される前記出力ギヤの回転角度との対比結果に応じて前記ステッピングモータの駆動量を制御することを特徴とする。本発明によれば、上記発明と同様に、装置コストの増大を回避しつつ、出力ギヤの回転角度を高精度に制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、装置コストの増大を回避しつつ、出力ギヤの回転角度を高精度に制御し、切替弁等の信頼性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明にかかるモータ駆動装置を示す図であって、（ａ）は断面図（（ｂ）のＡ−Ａ線断面、但し下側ハウジングを図示）、（ｂ）は下側ハウジングを除去した状態を示す下面図である。
【図２】図１のモータ駆動装置の上側ハウジングを示す下面図であって、（ａ）はモータ、リードフレーム等を装着する前の状態、（ｂ）はそれらを装着した後の状態を示す図である。
【図３】図１のモータ駆動装置の第６歯車を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１のモータ駆動装置の第６歯車の他の例を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図５】図１のモータ駆動装置の第６歯車の他の例を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面図である。
【図６】図１のモータ駆動装置の第６歯車の他の例を示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 尚、以下の説明では、本発明にかかるモータ駆動装置を、切替弁等に利用される電動弁の開閉に適用した場合を例示する。
【００１７】
図１は、上記モータ駆動装置を示し、このモータ駆動装置１は、大別して、ハウジング２（２Ａ、２Ｂ）と、ステッピングモータ（以下、「モータ」という）３と、歯車列４と、リードフレーム５等で構成される。
【００１８】
ハウジング２は、上側ハウジング２Ａと下側ハウジング２Ｂの２つ割りに形成され、上側ハウジング２Ａに、モータ３、リードフレーム５等が収納される。下側ハウジング２Ｂには、モータ３によって回転駆動される歯車列４が収納される。図２に示すように、上側ハウジング２Ａには、モータ３を収納するモータ収納部２ｃと、リードフレーム５を嵌入する複数の凹部２ａと、リードフレーム５の外部接続端子５ｂを挿通して固定するための複数の端子挿通孔２ｂとが設けられる。
【００１９】
モータ３は、図１（ａ）に示すように、複数の接続端子３ａと出力軸３ｂとを備え、出力軸３ｂの回転により歯車列４を構成する各歯車１１〜１６が回転し、最終的に第６歯車１６及び第６歯車１６に装着された回転軸（不図示）が回転し、電動弁の弁の開閉を行う。
【００２０】
歯車列４は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、モータ３の出力軸３ｂに装着された第１歯車１１と、第２歯車１２〜第６歯車１６とで構成される。第１歯車１１と噛合する第２歯車１２と、第３歯車（ピニオン）１３とは一体的に形成されるとともに、下側ハウジング２Ｂ内に立設された固定軸１８に回転自在に軸支される。また、第３歯車１３と噛合する第４歯車１４と、第５歯車（ピニオン）１５とは一体的に形成されるとともに、下側ハウジング２Ｂ内に立設された固定軸１９に回転自在に軸支される。さらに、第５歯車１５と噛合する第６歯車（ピニオン）１６は、下側ハウジング２Ｂ内に立設された固定軸２０に回転自在に軸支される。この歯車列４によって、モータ３の出力軸３ｂの回転速度が大きく減速されて第６歯車１６に伝達される。
【００２１】
第６歯車１６には、図１（ａ）及び図３に示すように、円周Ｃ上に４つの検出用磁石（磁極）８が形成される。これら磁極８は、図３に示すように、例えば、９０°間隔で配置され、１つの磁極８が原点（０°）に対応し、他の３つの磁極８が９０°、１８０°、２７０°の回転角度に対応する。尚、磁極８の数や位置は、図３に示す場合に限らず、例えば、６０°間隔で配置して６個を形成するなど、適宜変更することが可能である。
【００２２】
第６歯車１６に磁極８を形成するには、図３において第６歯車１６全体をプラスチック磁石で成形し、磁極８を着磁により形成することができる。
【００２３】
また、図４に示すように、第６歯車１６をプラスチック磁石１６ａと、他の材料１６ｂとで二色成形し、プラスチック磁石１６ａで成形した部分に磁極８を着磁により形成することもできる。
【００２４】
さらに、図５に示すように、第６歯車１６の基部１６ｃにプラスチック磁石シート１６ｄを貼着し、このシート１６に磁極８を着磁により形成してもよい。
【００２５】
さらにまた、図６に示すように、永久磁石８ａとプラスチック１６ｅとを異色成形で一体成形することにより第６歯車１６の磁極８を形成することもできる。
【００２６】
図１（ａ）に戻り、リードフレーム５には、モータ３の接続端子３ａとの接続部５ａと、外部接続端子５ｂとが一体に形成される。このリードフレーム５は、図１（ａ）の紙面に垂直な方向に複数並列した状態で上側ハウジング２Ａ内に配置される。各々のリードフレーム５は、上側ハウジング２Ａの凹部２ａ（詳細は図２参照）に嵌入され、プリント基板６と上側ハウジング２Ａとで狭持されるとともに、外部接続端子５ｂが上側ハウジング２Ａの端子挿入孔２ｂ（詳細は図２参照）から挿入され、上側ハウジング２Ａから突出するように固定される。
【００２７】
プリント基板６は、パターン面６ａと固定面６ｂとを有し、パターン面６ａには、面実装タイプの磁気センサ７が配置される。この磁気センサ７は、ホールＩＣ等の磁気検出素子によって構成されるとともに、第６歯車１６の磁極形成面と対向して配置され、下方に位置する磁極８の磁気（磁気センサ７の下方での磁界の変化）を検出して検知信号を出力する。一方、パターン面６ａとは反対側の固定面６ｂには、リードフレーム５が当接し、この固定面６ｂと上側ハウジング２Ａとでリードフレーム５が狭持される。固定面６ｂは、リードフレーム５の固定のみに用いられ、リードフレーム５とは電気的に接続されない。
【００２８】
モータ制御部２１は、モータ３の回転量を制御することで第６歯車１６の回転量を制御し、電動弁の弁位置を制御するために備えられ、外部接続端子５ｂを介してモータ３及び磁気センサ７に接続される。モータ制御部２１には、磁気センサ７から出力される検知信号のレベルが磁気検出レベルとなる回数をカウントするカウンタ２１ａと、第６歯車１６の目標回転角度に応じてモータ３に駆動パルスを供給するドライバ２１ｂ等が設けられる。
【００２９】
次に、上記構成を有するモータ駆動装置１の動作について説明する。
【００３０】
モータ３を駆動させながら、磁気センサ７と１つの磁極８によって第６歯車１６の回転基準位置（０°）を検出し、第６歯車１６の原点出しを行う。その後、モータ制御部２１において、第６歯車１６の目標回転量に応じた駆動パルスのパルス数を算出するとともに、ドライバ２１ｂを通じてモータ３に駆動パルスを供給する。ここでは、第６歯車１６を１８０°回転させるべく、１０００パルス分の駆動パルスを与えたものとする。
【００３１】
そして、モータ３の回転に伴って出力軸３ｂが回転し、歯車列４を構成する各歯車１１〜１６が次々に回転し、最終的に第６歯車１６及び第６歯車１６に装着された回転軸（不図示）が回転し、電動弁の弁の開閉を行う。
【００３２】
この際、モータ制御部２１において、カウンタ２１ａの出力に基づいて第６歯車１６の回転角度を検出するとともに、その検出した回転角度が、モータ３に与えた駆動パルスのパルス数から見込まれる回転角度と一致するか否かを確認する。
【００３３】
例えば、カウンタ２１ａのカウント値が「２」である場合には、第６歯車１６が１８０°回転したことを示すため、磁気センサ７の出力から得られる回転角度と、駆動パルスのパルス数から見込まれる回転角度とが一致することになる。この場合は、正常にモータ３が駆動され、第６歯車１６の回転制御が正確に行われたと認識し、動作を終了する。
【００３４】
一方、カウンタ２１ａのカウント値が「１」である場合には、第６歯車１６の回転角度が１８０°に達していないことを示すため、改めてモータ３に駆動パルスを供給し、カウンタ２１ａのカウント値が「２」となるまでモータ３を回転させる。そして、カウント値が「２」となった時点で駆動パルスの供給を停止し、第６歯車１６の回転を停止させる。このような処理により、駆動パルスのパルス数から見込まれる第６歯車１６の回転角度と、実際の第６歯車１６の回転角度との間にずれが生じても、その都度、ずれを修正することができ、第６歯車１６の回転角度（位置）を高精度に制御することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態によれば、第６歯車１６に形成する複数の磁極８と、磁極８の磁気を検出する単一の磁気センサ７との組み合わせにより、原点以外の回転位置も検出可能な検出機構を構成するため、安価な構成によって第６歯車１６の回転角度を検出することができ、装置コストを低く抑えることができる。
【００３６】
尚、本実施の形態では、本発明にかかるモータ駆動装置１を電動弁の開閉に適用した場合を例にとって説明したが、電動弁以外の弁その他各種装置に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３７】
１  モータ駆動装置
２  ハウジング
２Ａ  上側ハウジング
２Ｂ  下側ハウジング
２ａ  凹部
２ｂ  端子挿通孔
２ｃ  モータ収納部
３  ステッピングモータ
３ａ  接続端子
３ｂ  出力軸
４  歯車列
５  リードフレーム
５ａ  接続部
５ｂ  外部接続端子
６  プリント基板
６ａ  パターン面
６ｂ  固定面
７  磁気センサ
８  検出用磁石（磁極）
８ａ  永久磁石
１１  第１歯車
１２  第２歯車
１３  第３歯車
１４  第４歯車
１５  第５歯車
１６  第６歯車
１６ａ  プラスチック磁石
１６ｂ  他の材料
１６ｃ  基部
１６ｄ  プラスチック磁石シート
１６ｅ  プラスチック
１８〜２０  固定軸
２１  モータ制御部
２１ａ  カウンタ
２１ｂ  ドライバ
【図１】
2010200488.tif 000003
【図２】
2010200488.tif 000004
【図３】
2010200488.tif 000005
【図４】
2010200488.tif 000006
【図５】
2010200488.tif 000007
【図６】
2010200488.tif 000008