(57)【要約】【課題】直流モータを用いた電動アクチュエータにより駆動される弁の初期位置を、簡単な構成で精度良く設定する。【解決手段】アクチュエータ１２５に取り付けられた空気混合弁１１３をストッパＳに当たるまで回転させる際のトルクを、位置初期化モードのとき、通常の動作モードのときと比較して低いトルクに設定して回転させる。トルクを一定にさせるため、モータに係る電圧を通常のバッテリ電圧のばらつきより低い電圧に設定する。【選択図】 図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータにより駆動される電動アクチュエータの位置初期化方法であって、初期化モードを設定し、モータの回転トルクを通常動作時より低い所定トルクに設定し、そのトルクでモータを所定方向へ回転させ、モータにより駆動される被駆動体が停止部材に当たって機械的に停止した後所定時間モータの回転検出信号が変化しないことを検出し、モータを停止し、モータ停止後の出力軸回転位置を初期位置として設定することを特徴とする電動アクチュエータの位置初期化方法。
【請求項２】
前記初期化モードの設定は車両のイグニッションスイッチがオンされた時であることを特徴とする請求項１記載の電動アクチュエータの位置初期化方法。
【請求項３】
前記所定トルクは、前記被駆動体および停止部材を含む電動アクチュエータが装着される環境温度により切り換えられることを特徴とする請求項１乃至２記載の電動アクチュエータの位置初期化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の空気調整装置の流路調節弁を駆動するのに用いられる電動アクチュエータに関し、特に電動モータを用いたアクチュエータの位置初期化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両に用いられる空気調整装置の気流調節弁の駆動源として、電動モータにより駆動されるアクチュエータが用いられている。そのアクチュエータはモータの回転を所要の回転数に減速して出力軸へ伝える減速機構が付いた減速機構付き電動モータとなっている。
このようなアクチュエータの減速機構は、モータの回転軸に取り付けられたウォームギヤから平歯車、ピニオンギヤにより減速され出力軸を駆動する構成が用いられる。出力軸にはワイパーアームを動作させるリンク機構や流路調節弁が取り付けられる。
このようなアクチュエータでは、弁の揺動運動を行うにあたりより精度良く揺動運動を行うため、出力軸の回転位置を検出する必要がある。そのため、減速機構付き電動モータには、出力軸の回転角度を検出するためのセンサが設けられている。
【０００３】
これまで、出力軸の回転位置を検出するには、接触式センサとして出力軸と一体に回転する減速歯車にブラシを設け、そのブラシを減速歯車近傍に取り付けた印刷配線基板上に印刷形成された印刷抵抗等のパターンへ摺接させる構成が用いられている。
また、出力軸の回転位置を検出する構成として非接触式のセンサも用いられる。このような減速機構付き電動モータとしては、特開２００２−２６２５１５号公報に示すような、出力軸の絶対位置を示すためのセンサを設けたものが知られている。
これは、モータ回転軸に設けられた多極着磁磁石の磁気をホールセンサにより検出することで出力軸の相対位置を検出し、出力軸と一体に設けられた減速用歯車に磁石を取付け、その磁石の磁気をホールセンサで検出して出力軸の絶対位置を検出するものである。
【特許文献１】特開２００２−２６２５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、出力軸の回転位置を検出するには、その初期位置を精度良く設定する必要がある。また、同時にこれら装置においては長寿命、高信頼性、高精度が要求させるとともに低価格化が常に要求される。
ブラシを用いた構成では接触式であるために長寿命化、高信頼性化に限界があり、ブラシや印刷抵抗等のばらつきにより初期位置設定や位置検出の高精度化にも限界がある。
そのため、ホールセンサを用い非接触式で検出する構成が用いられる。この構成は非接触式であるため長寿命化や高信頼性といった面では有利だが、センサやマグネット、検出回路等が比較的高価になり低価格化について問題が残る。
【０００５】
本願発明の目的は、これら課題を解決し長寿命、高信頼を有しつつ高精度に出力軸の初期設定し、また小型化、低価格化可能な減速機構付き電動モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、請求項１に示すよう、直流モータにより駆動される電動アクチュエータの位置初期化方法であって、初期化モードを設定し、モータの回転トルクを通常動作時より低い所定トルクに設定し、そのトルクでモータを所定方向へ回転させ、モータにより駆動される被駆動体が停止部材に当たって機械的に停止した後所定時間モータの回転検出信号が変化しないことを検出し、モータを停止し、モータ停止後の出力軸回転位置を初期位置として設定する。
この方法によれば、例えば弁のような被駆動体がストッパである停止部材により機械的に停止した場合でも、モータのトルクによるアクチュエータや弁等の撓みをできるだけ少なく、かつ一定にできるので、弁の初期位置すなわちアクチュエータの初期位置を精度良く設定できる。
所定トルクを得るために、後述の実施の形態では直流モータに印加する駆動電圧を通常動作時の電圧のばらつき範囲より低い値とするが、バッテリのばらつき範囲以外であれば電流を制御しても良い。
【０００７】
また、初期化モードの設定をイグニッションキー操作により行えば、車両の運転開始時に意識せず初期化できる。
さらに、モータの所定トルクを環境温度により変化させることで、よりいっそう精度の良い初期化が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明による電動アクチュエータの位置初期化方法によれば、アクチュエータに別途初期位置設定用の部材やセンサ等の構成を追加することなく、簡単な構成で電動アクチュエータの初期位置を精度良く設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に車室内の空気調和を行う車載用空調装置１００のエアミックスドアの駆動装置を示す。
車両用空調装置１００は、計器盤内に収納された空調ケース１０５内に内外気切換弁１０７、空気混合弁１１３、吹出口切換弁１１７が設けられ、それぞれ電動アクチュエータ１１９、１２５、１２７で回転駆動される。
内外気切換弁１０７はアクチュエータ１１９により外気導入位置（実線で示す位置）と室内循環位置（点線で示す位置）に切り替えられて、空調ケース１０５内にその外気導入口１０５ａから外気を流入させ、あるいは内気導入口１０５ｂから車室内の空気を流入させる。
ブロワ１０９は、駆動回路１２１により駆動されるブロワモータ１２３の回転速度に応じて、外気導入口１０５ａからの外気または内気導入口１０５ｂからの内気を空気流としてエバポレータ１１１に送風する。エバポレータ１１１は、そのブロワ１０９から吹き出される空気流を冷却する。
また、空気混合弁１１３は、アクチュエータ１２５により駆動されて、エバポレータ１１１から吹き出される冷却空気流をヒータコア１１５に流入される気流とヒータコア１１５をバイパスする気流（以下、バイパス冷却気流という）とに分ける。空気混合弁１１３は冷却空気流を全てヒータコア１１５側へ流入させる位置（実線で示す位置）と冷却空気流を全てバイパスさせる位置（点線で示す位置）で回転駆動される。
【００１０】
ヒータコア１１５から吹き出される温風はバイパス冷却気流と混合されて吹出口切換弁１１７に向けて流動される。温風とバイパス冷却気流との混合比は空気混合弁１１３の開度により決められる。
また、吹出口切換弁１１７は、アクチュエータ１２７により駆動され、フェイスモード位置（点線で示す位置）に切り換えられると、吹出口１０５ｃから車室１０３の乗員上半身に向けて空気を吹き出させる。
そして、フットモード位置（破線で示す位置）に切り換えらると、吹出口１０５ｄから車室１０３の乗員足元に向けて空気を吹き出させる。
またバイレベルモード位置（実線で示す位置）に切り換えられると、両吹出口１０５ｃ、１０５ｄから空気を吹き出させる。
【００１１】
制御装置１３０は、車室内の空気状態を制御するため空調制御装置で、車室１０３内の室内温度Ｔｉを検出する内気温センサ１３１、車室外の外気温度Ｔｅを検出する外気温センサ１３３、制御目標となる車室内の設定温度Ｔｓを乗員が設定するための温度設定装置１３４、等からの出力信号を読み込む。そして、電子制御装置１３０は、Ｔｉ、Ｔｅ、Ｔｓ等から予め設定されたソフトウエアにより必要吹き出し温度を求め、この必要吹き出し温度に基づき各弁１０７、１１３、１１７が所定の位置となるよう各アクチュエータ１１９、１２５、１２７およびブロワモータ１２３を制御する。
制御装置１３０はバッテリーＢから導通路Ｒにより供給される電源により駆動され、各アクチュエータ１１９、１２５、１２７およびブロワモータ１２３を駆動する電力も制御装置１３０により制御される。また、制御装置１３０はイグニッションスイッチＩＧがオンあるいはオフされたことを検知している。
【００１２】
図２によりアクチュエータの一例としてアクチュエータ１２５の構成を説明する。
アクチュエータ１２５は樹脂製の下ケース２と上ケース（図示せず）により箱状に形成され、内部に駆動用モータ２２、減速歯車列となるウオームギヤ１１、第一中間ギヤ１２、第二中間ギヤ１３および出力軸１４ｃを有する出力ギヤ１４、そして印刷配線基板で形成された基板２１が収容されている。基板２１は減速ギヤの回転を検出するための回路を構成する。
下ケース２はケースの底面を構成する底板２ａとその底板２ａの外周に形成された外周壁２ｂにより浅いカップ状に形成され、外周壁２ｂにはこのアクチュエータ１２５を空調ケース１０５へ取り付けるための取付フランジ２ｄが設けられている。
【００１３】
モータ２２は取付板２２ｂにより底板２ａの所定位置に固定され、モータワイヤ２２ａにより基板２１と電気的に接続される。
このアクチュエータ１２５の減速歯車列は、モータ２２の回転軸２２ｃに取り付けられたウオームギヤ１１、第一中間ギヤ１２、第二中間ギヤ１３および出力ギヤ１４で構成されている。第一中間ギヤ１２、第二中間ギヤ１３はそれぞれ底板２ａに形成された支持ボス２ｉ、２ｈに回転支持されている。
第一中間ギヤ１２は大ギヤ１２ａと小ギヤ１２ｂが一体に形成され、所定の減速比になるよう歯数が決定される。また、第二中間ギヤ１３も同様に大ギヤ１３ａと小ギヤ１３ｂで形成されている。
ウオームギヤ１１は第一中間ギヤ１２の大ギヤ１２ａと噛み合い、小ギヤ１２ｂが第二中間ギヤ１３の大ギヤ１３ａと噛み合う。さらに、第二中間ギヤ１３は小ギヤ１３ｂが出力ギヤ１４の大ギヤ１４ａと噛み合う。第一中間ギヤ１２から出力ギヤ１４までは平歯車とピニオンギヤが用いられ、それらの回転軸は底板２ａに対し垂直でそれぞれ平行している。
【００１４】
出力ギヤ１４には大ギヤ１４ａと一体に出力軸１４ｃがその回転中心に設けられ、底板２ａに設けられた開孔により下ケース２に回転支持されている。出力軸１４ｃは開孔からケースの外部へ突出されている。出力軸１４ｃにはＤあるいはＩカットが設けられ、取り付けられる空気調整装置の弁等を回転駆動させる。本実施の形態には出力軸１４ｃに空気混合弁１１３が取り付けられている。
基板２１は印刷配線板で、モータへ駆動電流を供給する回路パターンが形成され、また減速歯車や出力ギヤの回転を検出するホールＩＣ３１、３２が搭載され、そのための回路も形成されている。基板２１にはまた、このアクチュエータ１２５を制御する制御機器からの信号や電源等を接続するコネクタ２１ｂが取り付けられ、下ケース２にはコネクタを固定する取付リブ２ｃが形成されている。
この基板２１は、出力ギヤ１４の大ギヤ１４ａと第二中間ギヤ１３の大ギヤ１３ａの間に挟まれるよう配置され、底板２ａに固定されている。磁気センサとしてのホールＩＣが搭載される部分は第二中間ギヤ１３が回転軸方向で重なる領域に配置される。
【００１５】
次に、図３により回転検出に関する構成を説明する。
第二中間ギヤ１３は出力ギヤ１４の大ギヤ１４ａと噛み合うために円柱状に形成された小ギヤ１３ｂと、小ギヤ１３ｂの片端部に円盤鍔状に形成されたフランジ部１３ｄおよびフランジ部１３ｄの外周に形成され、第一中間ギヤ１２と噛み合う大ギヤ１３ａで形成されている。
フランジ部１３ｄの基板２１側には、回転軸と同心に円周方向で複数のＮＳ極が形成された環状磁石１６とヨーク板１７が取り付けられている。ヨーク板１７は環状磁石１６とフランジ部１３ｄの間に配置され、環状磁石１６の磁束を後述のホールＩＣに作用
させるためのバックヨークとして機能している。本実施例では磁極は２４極とし、約１５度の着磁開角で環状に磁石を構成している。
【００１６】
出力ギヤ１４は、アクチュエータ１２５の外方へ突出する出力軸１４ｃと、その出力軸１４ｃに形成されたフランジ部１４ｄ、フランジ部１４ｄの外周に形成され第二中間ギヤ１３の小ギヤ１３ｂと噛み合う大ギヤ１４ａおよび上ケース３に回転支持される支持部１４ｆで形成されている。
基板２１は軸方向に対して第二中間ギヤ１３と出力ギヤ１４の間に位置し、それぞれのフランジ部１３ｄ、１４ｄと平行になるよう取り付けられる。軸方向から見て第二中間ギヤ１３と出力ギヤ１４が重畳する部分には第一開孔２１ｃが設けられ、その近傍にさらに第二開孔２１ｄが設けられている。
【００１７】
開孔２１ｃ、２１ｄには環状磁石１６の磁気を検出して波形整形されたパルス状の検出信号を出力する第一ホールＩＣ３１と第二ホールＩＣ３２が取り付けられる。このときホールＩＣの位置は第二中間ギヤ１３の回転軸を中心として３７．５度の開角で、第二中間ギヤ１３の回転軸に対し同心円周上に取り付けられる。この位置で、各ホールＩＣは環状磁石１６の磁気を同一周期、異なる位相で検出する。
【００１８】
ホールＩＣ３１、３２は内部にホール素子と波形整形回路を有するＩＣで、同一周期、異なる位相で環状磁石１６の磁極による磁気を検出し矩形波３１１、３２２を検出出信号として出力する。制御装置１３０では入力された矩形波３３１、３３２により中間ギヤ１３の回転（すなわち出力軸１４ｃ）の回転およびその回転方向を検出する。
なお、この制御装置１３０は基板２１上に配置しても良いし、アクチュエータ１２５の外部回路へ設け基板２１とコネクタ２１ｂを介して接続しても良い。    
【００１９】
アクチュエータ１２５の出力軸１４Ｃには空気混合弁１１３が取り付けられ、出力ギヤ１４の回転に伴い時計方向あるいは反時計方向に回転する。図２において、空気混合弁１１３が反時計方向に回転した場合、空気混合弁１１３は空調ケース１０５に設けられたストッパＳにより停止する。この位置は空気混合弁１１３の初期位置で、本実施の形態では冷却空気をすべてヒータコア１１５側へ流入させる位置で、図１における実線の位置である。
このように、アクチュエータを動作させるための制御装置１３０の構成を図４により説明する。
【００２０】
制御装置１３０は、直流モータ２２を駆動するモータ駆動回路２１０、ホールＩＣ３１、３２で発生するパルス信号を検出するためのパルス検出回路２２０、各種制御情報を記憶する記憶回路２３０、パルス検出回路２２０により検出されるパルス信号に基づき出力軸１４ｃの回転角及び回転の向きを検出するとともに、モータ駆動回路２１０を制御するためのＣＰＵ２４０、バッテリＢからのバッテリ電圧を一定電圧に変換して回路２１０〜２５０に出力する定電圧回路２６０から構成されている。
直流モータ２２はＣＰＵ２４０により制御される駆動回路２１０により駆動され、駆動用の電源はバッテリーＢから導通線Ｒにより供給される電源を利用する。このときの駆動電圧は通常１０〜１４ボルトの幅でばらつくことが多い。
直流モータ２２が回転して第二中間ギヤ１３（すなわち出力軸１４ｃ）が回転して発生するパルス信号をパルス検出回路２２０で検出しＣＰＵ２４０にて数えることにより出力軸１４ｃの回転角度を検出することになる。
【００２１】
次に、本願発明によるアクチュエータの初期設定動作を図５および図６により説明する。
ＣＰＵ２４０がイグニッションキーＩＧのオンを検出すると（ＳＴＥＰＡ：初期化モード設定）、ＣＰＵ２４０はモータ駆動回路２１０を制御して、モータ駆動用の設定電圧を上述の１０〜１４ボルトより低い４ボルト（電圧Ｖ１）に設定して定電圧化させる。通常の電圧より低く設定するのは、バッテリーの電圧変動の影響を無くし、アクチュエータ１２５への印加電圧を一定にするためと、弁がストッパに当たった際の負荷を弱くするためである。
このときＣＰＵ２４０は各センサ１３１、１３３からの室内温度Ｔｉ、車室外の外気温度Ｔｅおよび室内の設定温度Ｔｓを検出して空気混合弁１１３付近に流れる空気の温度を推定する。流れる空気の温度が予め定めた温度域Δｌ℃より高いと推定されるときにはモータ２２への印加電圧をさらに下げて３ボルト（電圧Ｖ２）とし、温度が低いと推定される場合には印加電圧を上げて５ボルト（電圧Ｖ３）となるよう設定する（ＳＴＥＰＢ：電圧設定）。
【００２２】
ＣＰＵ２４０は出力軸１４ｃの位置がどこであっても、モータ２２を図５（ロ）に示す反時計方向へ回転させ、例えば一点鎖線の位置から弁１１３がストッパＳにより停止されるまで通電するよう制御する。
このときパルス検出回路２２０へは図５（イ）の左側に示すパルス波形が入力され、弁１１３がストッパＳに当たった時点（ＩＰ１）から出力レベルが変わらなくなる。そしてパルスの立ち上がり（あるいは立ち下がり）から所定時間Δｔ経過して（ＩＰ２）もそのレベルが変わらないことを検出すると（ＳＴＥＰＣ：パルス検出）、ＣＰＵ２４０は弁１１３が初期位置に位置したと判断しモータ２２への通電を停止する。
ＣＰＵ２４０はパルスカウントをリセットしこの位置を初期位置として設定する（ＳＴＥＰＤ：初期設定）。
【００２３】
モータ２２の駆動電圧が高いと弁１１３はストッパＳで停止しているが、弁１１３の撓み、中間ギヤやギヤの回転軸の撓み等でモータはさらに回転することになり、パルス検出回路２２０は図５（イ）に点線で示すパルス波形３１１ｂ、３２２ｂを検出し、モータ２２の駆動トルクと各部のたわみがバランスした時点（ＩＰ３）でモータ２２が停止する。
ＣＰＵ２４０はパルス３１１ｂあるいは３２２ｂの立ち上がりあるいは立ち下がりの時点からさらにΔｔだけ経過した後出力の変化がないことを検出して（ＩＰ４）弁１１３が停止したと判断してしまう。
ここで、アクチュエータの初期化モード設定（この場合イグニッションキーがオンされたことを検出した時）で、ＣＰＵ２４０はモータ駆動回路２１０のモータ供給電圧を通常電圧より低い所定電圧に設定するが、これは弁１１３がストッパＳに当たった（ＩＰ１）後に実際にモータが停止する（ＩＰ３）までの時間ΔＴをできるだけ少なく、かつ一定にするためである。
【００２４】
通常モータの駆動電圧はバッテリＢの電圧変動にならって変動し、１０〜１４ボルトの間で変動する。このような変動によりΔＴはその電圧に合わせて変動するためＩＰ３の位置が定まらない。このような状態を安定化させるため、本願発明では初期設定モードでモータの駆動電圧を通常より低い電圧に一定化させる。
さらに、上述の各部の撓みは温度によっても変化する。近年車載用空調装置１００は樹脂成形で造られる場合が多く、アクチェータ、弁等もも樹脂で形成される。そのため周囲の温度によりその強度が変化してしまう。
【００２５】
本願発明では、アクチュエータあるいは弁等の周囲の温度に合わせてモータに印加する駆動電圧を最適化することで、弁１１３がストッパＳに当たった後の撓みによるパルス発生をできるだけ少なく、かつ一定数とする。
なお、上述の説明ではバッテリ電圧やモータの設定電圧を１０〜１４ボルト、３、４、５ボルトとしたが、この値は一例でありこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本願発明の電動アクチュエータの位置初期化方法を用いる車載用空気調節装置を示す図である。
【図２】図１に示す車載用空気調節装置に用いられる電動アクチュエータ及びそのアクチュエータに取り付けられた弁を示す図である。
【図３】図２に示す電動アクチュエータのパルス検出のための構成詳細を示す図である。
【図４】図１に示す車載用空気調節装置の電動アクチュエータの駆動回路を示す図である。
【図５】図１に示す車載用空気調節装置の動作を示す図である。
【図６】本願発明の電動アクチュエータの位置初期化方法のフローチャートを示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１１３  空気混合弁
１２５  アクチュエータ
１３０  制御装置
１４ｃ  出力軸
Ｓ      ストッパ
ＩＧ    イグニッションスイッチ
【図１】
2006327254.tif 000003
【図２】
2006327254.tif 000004
【図３】
2006327254.tif 000005
【図４】
2006327254.tif 000006
【図５】
2006327254.tif 000007
【図６】
2006327254.tif 000008