(57)【要約】【課題】イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を未然に防止し、信頼性の高い電動弁制御装置等を提供する。【解決手段】流体の流量を制御する弁体、及び弁体を駆動するモータ（ステッピングモータ）８を備えた電動弁９の制御装置１１において、電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段（マイコン１１ｂ及びステッピングモータドライバ１１ｄ）と、電動弁のイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段（マイコン１１ｂ及びステッピングモータドライバ１１ｄ）と、記憶手段（ＥＥＰＲＯＭ）１１ｅとを備え、記憶手段には、イニシャライズ処理の実行回数が記憶される電動弁制御装置。信号の送受信を行う通信手段（ＬＩＮトランシーバ１１ｃ）をさらに備え、記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力することができる。電動弁制御装置１１が一体的に取り付けられた電動弁９で電動弁装置１２を構成することができる。【選択図】図１
2014006020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するモータを備えた電動弁の制御装置において、
該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、
該電動弁のイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、
記憶手段とを備え、
前記記憶手段には、イニシャライズ処理の実行回数が記憶されることを特徴とする電動弁制御装置。
【請求項２】
信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、
前記通信手段は、前記記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力することを特徴とする請求項１に記載の電動弁制御装置。
【請求項３】
前記通信手段は、ＬＩＮ通信又はＣＡＮ通信によって送受信を行うことを特徴とする請求項２に記載の電動弁制御装置。
【請求項４】
イニシャライズ処理の実行回数が所定回数を超えたときには警報信号を出力することを特徴とする請求項１、２又は３に記載の電動弁制御装置。
【請求項５】
前記電動弁のモータはステッピングモータであり、前記イニシャライズ制御手段は、該ステッピングモータの回転位置を初期化することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動弁制御装置。
【請求項６】
前記電動弁は、冷凍サイクル装置に使用される膨張弁であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動弁制御装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の電動弁制御装置と、該電動弁制御装置が一体的に取り付けられた電動弁とを備えたことを特徴とする電動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動弁制御装置及び電動弁装置に関し、特に、冷媒の流量を調節する電動弁等の弁開度を制御する装置等に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調機や冷蔵・冷凍ショーケース等に使用される冷凍サイクルにおいては、冷房能力を安定させ、過熱度を一定にして効率よく運転するなどの目的から循環冷媒の流量調整を行っているが、その際の調整を高精度に行うため、流量制御用の膨張弁として、ステッピングモータにより弁体を動作させる電動式膨張弁である電動弁が広く活用されている。
【０００３】
しかし、電動弁においては、絶対開度（実際の開度）をフィードバックしない開ループ制御を用いて開度の制御を行うのが一般的であり、また、電動弁内の弁体は、電源供給が停止された際に、初期位置に戻ることなく、電源遮断時の位置で停止してしまうため、次に電源を投入したときに、弁体が停止している位置（絶対開度）を正確に把握できないという問題がある。
【０００４】
そのため、電動弁の制御にあたっては、通常、電源投入時にイニシャライズ処理を実行し、弁体の位置出しを行ってから開度の制御を開始するようしている（例えば、特許文献１参照）。ここで、イニシャライズ処理とは、全開位置から全閉位置に至るまでの全ストロークを超えるパルス数だけ電動弁を閉弁駆動し、例えばステッピングモータのロータが確実にストッパと呼ばれる回り止めに衝突して回転を停止するまで、ステッピングモータを閉弁方向に十分に回転させる処理であり、これにより電動弁は０パルスの初期位置を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１６９３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記イニシャライズ処理の実行回数の増加と共に、ステッピングモータのロータがストッパに衝突する回数が増加するため、電動弁の耐久性が問題になる。そのため、通常、イニシャライズ処理の実行回数に、例えば５万回等の制限がある。
【０００７】
電動弁がルームエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁として使用される場合等には、イニシャライズ処理は、弁体の停止位置が判らない電源投入時や、電動弁の位置ずれを修正する目的で１週間に１回程度定期的に行われるだけであり、イニシャライズ処理の実行回数が少ないため、それほど問題になることはない。
【０００８】
しかし、カーエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁として電動弁を使用する場合等には、例えば１走行サイクル（キーのＯＮ−ＯＦＦ）で１回のイニシャライズ処理が行われる場合があり、イニシャライズ処理の実行回数がルームエアコンの場合に比べて大幅に増加するため、電動弁の耐久性が問題になっていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を未然に防止し、信頼性の高い電動弁制御装置及び電動弁装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の電動弁制御装置は、流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するモータを備えた電動弁の制御装置において、該電動弁の弁開度を制御する弁開度制御手段と、該電動弁のイニシャライズ処理を実行するイニシャライズ制御手段と、記憶手段とを備え、前記記憶手段には、イニシャライズ処理の実行回数が記憶されることを特徴とする。
【００１１】
そして、本発明によれば、イニシャライズ処理の実行回数を記憶手段に記憶するようにしたので、電動弁の耐久性に影響するイニシャライズ処理の実行回数を電動弁自身が把握することができ、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を防止し、信頼性の高い電動弁制御装置を提供することができる。
【００１２】
上記電動弁制御装置は、信号の送受信を行う通信手段をさらに備え、前記通信手段は、前記記憶手段に記憶されたイニシャライズ処理の実行回数を出力することができる。これによって、外部機器が電動弁の耐久性に影響するイニシャライズ処理の実行回数を把提することができる。
【００１３】
上記電動弁制御装置において、前記通信手段は、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）通信又はＣＡＮ（Controller Area Network）通信によって送受信を行うことができる。自動車用として広く使用されているＬＩＮ通信又はＣＡＮ通信を用いることで、本発明に係る電動弁をカーエアコンにおける冷凍サイクルの膨張弁にも適用することができる。
【００１４】
上記電動弁制御装置において、イニシャライズ処理の実行回数が所定回数を超えたときには警報信号を出力することができる。これによって、電動弁の交換時期を適切に外部機器に知らせることができる。
【００１５】
上記電動弁制御装置において、前記電動弁のモータをステッピングモータとし、前記イニシャライズ制御手段は、該ステッピングモータの回転位置を初期化することができる。
【００１６】
上記電動弁制御装置において、前記電動弁を冷凍サイクル装置に使用される膨張弁とすることができる。
【００１７】
また、本発明は、電動弁装置であって、上記いずれかの電動弁制御装置と、該電動弁制御装置が一体的に取り付けられた電動弁とを備えたことを特徴とする。電動弁制御装置を電動弁に一体的に取り付けることで、これらを小型化することができ、狭い車両内への設置にも有効である。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、イニシャライズ処理の実行回数に起因する電動弁の故障を未然に防止し、信頼性の高い電動弁制御装置及び電動弁装置を提供することなどが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電動弁制御装置及び電動弁装置をカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁に適用したシステムのブロック図である。
【図２】図１の電動弁制御装置がイニシャライズ処理を行うときのマイコンの処理フローを示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る電動弁制御装置のＬＩＮ通信における送信バッファレジスタの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、以下の説明においては、カーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁に本発明に係る電動弁制御装置及び電動弁装置を適用した場合を例にとって説明する。
【００２１】
図１は、本発明に係る電動弁制御装置を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１は、圧縮機２と、凝縮器３と、凝縮器用ファン３ａと、膨張弁５と、蒸発器６と、蒸発器用ファン６ａ等を備える。
【００２２】
圧縮機２、凝縮器３、膨張弁５及び蒸発器６は、配管７で接続され、これらの間を冷媒が矢印方向に循環する。ここで、配管７を流れる冷媒の流量は、膨張弁５の弁開度を調整することにより制御される。
【００２３】
圧縮機２は、蒸発器６より供給された低圧の気体の状態にある冷媒を圧縮し、高圧の気体に変換して配管７を介して凝縮器３に供給する。
【００２４】
凝縮器３は、圧縮機２から供給された高圧気体状態の冷媒を凝縮し、高圧液体状態の冷媒に変換して凝縮熱を奪い、奪った熱を凝縮器用ファン３ａの送風によって外部に放出する。
【００２５】
膨張弁５は、凝縮器３から供給された高圧液体状態の冷媒を低圧状態に変化させるために備えられる。膨張弁５は、図示を省略するが、冷媒の流入口及び流出口と、この流出口より流出する冷媒の流量を制御する弁体を備える。この膨張弁５と、膨張弁５の弁体を駆動するステッピングモータ８とで電動弁９が構成される。ステッピングモータ８が回転することにより膨張弁５の弁開度が調整される。電動弁９には、電動弁制御装置１１が一体的に取り付けられ、電動弁装置１２を構成している。
【００２６】
蒸発器６は、膨張弁５からの低圧の液体状態にある冷媒を蒸発（気化）させるために備えられる。蒸発器６において、冷媒は周囲より気化熱を奪い、加熱される。この奪われた熱により周囲は冷却され、蒸発器用ファン６ａの送風によって、冷却された空気が放出される。
【００２７】
電動弁制御装置１１には車両のバッテリー電源（＋Ｖｂ、ＧＮＤ）が接続されるとともに、車両内での通信に使用される車載ＬＡＮである、例えばＬＩＮバス（又はＣＡＮバス）１４が接続されている。電動弁制御装置１１は、スレーブノードとして動作し、同じＬＩＮバス１４に接続されているマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６から送信されるＬＩＮ通信信号（ＣＡＮバスの場合はＣＡＮ通信信号）で、ステッピングモータ８のパルス数やイニシャライズ信号等の命令を受信し、電動弁９（膨張弁５）の開度を制御する。尚、このＬＩＮバス１４には、他にもカーエアコンの制御に使用されるスレーブノードであるダンパー装置１７等が接続されている。
【００２８】
電動弁制御装置１１は、バッテリー電源＋Ｖｂ（例えば＋１２Ｖｄｃ）から電動弁制御装置１１の内部の回路で使用する電源＋Ｖｃ（例えば＋５Ｖｄｃ）を発生させるレギュレータ１１ａと、ＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６から送信されるＬＩＮ通信信号に基づいて、ステッピングモータ８の回転を制御するプログラム等を格納するＲＯＭ、ＲＯＭに格納したプログラムの実行や演算処理を行うＣＰＵ、イニシャライズ処理の実行回数や通信データ等のプログラムの実行に必要なデータを一時的に記憶するＲＡＭ、周辺回路との入出力を行うＩ／Ｏ回路、割り込み処理等の時間を計測するタイマ、アナログ電圧をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器等を備えたマイコン１１ｂと、ＬＩＮバス１４に接続され、ＬＩＮバス１４の電圧レベルを電動弁制御装置１１内部の回路電圧レベルに変換し、マイコン１１ｂとのＬＩＮ通信を可能にするＬＩＮトランシーバ（通信手段）１１ｃと、マイコン１１ｂからの駆動信号に基づいて電動弁９のステッピングモータ８の回転を制御するステッピングモータドライバ１１ｄと、マイコン１１ｂに接続され、マイコン１１ｂのＲＡＭデータのうち、バッテリー電源が切断されても保持する必要があるイニシャライズ処理の実行回数等のデータを記憶する不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ（記憶手段）１１ｅから構成される。マイコン１１ｂとステッピングモータドライバ１１ｄとで、弁開度制御手段及びイニシャライズ制御手段の両方を構成する。尚、レギュレータ１１ａ、ＬＩＮトランシーバ１１ｃ、ステッピングモータドライバ１１ｄ、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅ、マイコン１１ｂの２つ以上を一体的に構成したＩＣを用いてもよく、その場合は、さらに装置の小型化が可能になる。
【００２９】
図１において、エアコンＥＣＵ１６は、図示しない温度センサや圧力センサ等で計測した温度や圧力から、冷凍サイクルシステム１の過熱度が設定値一定となるように電動弁９の目標開度（パルス数）を演算し、この演算した目標開度をＬＩＮバス１４を通してＬＩＮ通信信号で電動弁制御装置１１に送信する。
【００３０】
電動弁制御装置１１は、この信号をＬＩＮトランシーバ１１ｃで受信し、電動弁制御装置１１の内部回路の電圧レベルに変換してマイコン１１ｂに出力する。マイコン１１ｂは、この信号を入力し、電動弁９のステッピングモータ８を目標開度（パルス数）にするための駆動信号をステッピングモータドライバ１１ｄに出力する。ステッピングモータドライバ１１ｄは、この入力信号に基づいて電動弁９のステッピングモータ８を回転させ、電動弁９の弁開度を目標開度に制御することにより、冷凍サイクルシステム１の過熱度が設定値一定になるように制御する。
【００３１】
また、エアコンＥＣＵ１６は、電動弁制御装置１１のバッテリー電源投入後等、電動弁９の初期位置を検出する必要があるため、イニシャライズ処理を実行する命令をＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信信号で電動弁制御装置１１に送信する。これを受信した電動弁制御装置１１は、膨張弁５のロータがストッパに衝突するまでステッピングモータ８を回転させるために、例えば、ステッピングモータ８を例えば７００パルスだけ閉弁方向に回転させ、弁開度の初期化（０パルス位置出し）を行う。ここで、バッテリー電源投入時等は、ステッピングモータ８の現在位置（パルス数）が判らないため、電動弁９が制御可能な最大パルス数（例えば５００パルス）に、ロータが確実にストッパに衝実するために十分なパルス数（例えば２００パルス）を加えた７００パルスとしている。また、このイニシャライズ処理の実施回数は、マイコン１１ｂによってカウントされ、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記憶される。
【００３２】
次に、電動弁制御装置１１がイニシャライズ処理を行うときのマイコン１１ｂの処理フローについて、図２を参照しながら説明する。この処理は例えば定時間毎に実行される。
【００３３】
まず、マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からイニシャライズ信号を受信すると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、ステッピングモータ８を閉弁方向に例えば７００パルス回転させる（ステップＳ２）。
【００３４】
次に、マイコン１１ｂは、ＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記憶されているイニシャライズ回数カウンタＣｉをマイコン１１ｂのＲＡＭ上に読み出す（ステップＳ３）。ここで、Ｃｉの初期値は０とし、イニシャライズがまだ一度も行われていない場合には、Ｃｉ＝０となる。
【００３５】
ここで、マイコン１１ｂは、イニシャライズ処理を１回実行したため、ＲＡＭ上のＣｉに１を加算し（ステップＳ４）、再びＲＡＭ上のＣｉをＥＥＰＲＯＭ１１ｅに書き込み記憶する（ステップＳ５）。これにより、電動弁制御装置１１は耐久性に影響するイニシャライズ処理の実行回数を記憶し、常に確認することができる。また、不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ１１ｅに記億することにより、マイコン１１ｂが電動弁制御装置１１を省電力状態とするためにスリープモードに入り、Ｖｃが切断されてマイコン１１ｂが動作していないときや、バッテリー電源が切断されたときでもイニシャライズ処理の実行回数を常に記憶しておくことができる。
【００３６】
次に、マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６にカウントしたイニシャライズ処理の実行回数を送信するため、ＲＡＭ上に存在するＣｉを、同じくＲＡＭ上に存在するＬＩＮ通信の送信バッファレジスタにセットする（ステップＳ６）。マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信により送信要求信号を受信した場合、この送信バッファレジスタの内容をＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６にＬＩＮ通信信号として送信する。これにより、外部のマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６が電動弁９のイニシャライズ処理の実行回数を把握することができ、点検等のサービス時にイニシャライズ処理の実行回数を車両外部から確認することができ、イニシャライズ処理の実行回数が最大値を超える前に早めに電動弁９の交換を判断することができる。
【００３７】
次に、マイコン１１ｂは、ＲＡＭ上のＣｉとＲＯＭ上のイニシャライズ回数最大値Ｃｉｍａｘを比較し（ステップＳ７）、ＣｉがＣｉｍａｘを超えているときには（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、イニシャライズ処理の実行回数が耐久性上許容できる最大値を超えていると判断し、送信バッファレジスタの警告ビットを”１”にセットする（ステップＳ８）。マイコン１１ｂは、エアコンＥＣＵ１６からＬＩＮバス１４を介してＬＩＮ通信により送信要求信号を受信した場合、この送信バッファレジスタの内容をＬＩＮバス１４を通してエアコンＥＣＵ１６にＬＩＮ通信信号として送信する。これにより、外部のマスターノードであるエアコンＥＣＵ１６が電動弁９のイニシャライズ処理の実行回数が最大値を超えたことを把握することができ、例えば、車内のランプを点灯させるなどして運転者に注意を促し、イニシャライズ処理の実行回数が耐久性上の制限値を超えた電動弁９を新品に交換することができる。また、このとき、ＣｉがＣｉｍａｘを超えていなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、電動弁９は正常な状態であるため送信バッファレジスタの警告ビットを”０”にクリアする（ステップＳ９）。
【００３８】
また、エアコンＥＣＵ１６からイニシャライズ信号を受信しない場合には（ステップＳ１：Ｎｏ）、何もしないで処理を終了する。
【００３９】
図３に電動弁制御装置１１のＬＩＮ通信における送信バッファレジスタの例を示す。例えば、電動弁９のイニシャライズの制限回数の規定が５０，０００回である場合には、イニシャライズ処理の実行回数をセットするレジスタを１６ビットとして最大６５，５３５回まで送信を可能とする。また、警告ビットは１ビットとし、Ｃｉｍａｘを５０，０００としてイニシャライズ処理の実行回数が５０，０００回以下の場合には正常を表す”０”を、イニシャライズ処理の実行回数が５０，００１回以上の場合には警告を表す”１”をセットするようにする。このようにすると、送信バッファレジスタは１７ビットで構成されたことになる。
【００４０】
尚、上記実施の形態においては、電動弁制御装置１１及び電動弁装置１２をカーエアコンに使用される冷凍サイクルシステムの膨張弁５（電動弁９）に適用した場合を例示したが、膨張弁５に限らず、流体の流入口及び流出口、該流出口より流出する流体の流量を制御する弁体、及び該弁体を駆動するモータを備えた電動弁であれば、本発明に係る電動弁制御装置１１及び電動弁装置１２を適用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  冷凍サイクルシステム
２  圧縮機
３  凝縮器
３ａ  凝縮器用ファン
５  膨張弁
６  蒸発器
６ａ  蒸発器用ファン
７  配管
８  ステッピングモータ
９  電動弁
１１  電動弁制御装置
１１ａ  レギュレータ
１１ｂ  マイコン
１１ｃ  ＬＩＮトランシーバ
１１ｄ  ステッピングモータドライバ
１１ｅ  ＥＥＰＲＯＭ
１２  電動弁装置
１４  ＬＩＮバス
１６  エアコンＥＣＵ
１７  ダンパー装置
【図１】
2014006020.tif 000003
【図２】
2014006020.tif 000004
【図３】
2014006020.tif 000005