(57)【要約】【課題】ギヤ側ストッパが基準用ストッパに突き当たる際のステッピングモータの保持トルクを低減することにより、樹脂製のギヤの跳ね返りを低減することができるステッピングモータの制御装置を提供する。【解決手段】制御回路部８０は、イニシャライズ制御の際、通電制御と当該通電制御の次に実行する通電制御との間及び通電制御中に、各コイル１２〜１５の全ての通電を停止するオフ期間を設ける。そして、オフ期間において各コイル１２〜１５に発生する電磁力の全てを消磁することで、電磁力によるステッピングモータ１０の保持トルクを消失させる。これにより、ステッピングモータ１０に発生するトルクをディティントルクまで低減するので、ストッパ６１、７０同士の当接時に出力ギヤ６０に発生する跳ね返りのエネルギーの蓄積を回避できる。したがって、出力ギヤ６０の跳ね返りを低減することができる。【選択図】図１
2018078696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（１７）に接続されたマグネット（１１）の周囲に複数のコイル（１２〜１５）が配置されて構成されたステッピングモータ（１０）の前記複数のコイルの全てに所定のタイミングで通電を行う通電制御を繰り返して前記ステッピングモータを駆動することにより、前記回転軸の回転に伴って樹脂製のギヤ（６０）を回転させる制御回路部（８０）を備えたステッピングモータの制御装置であって、
前記樹脂製のギヤは、当該樹脂製のギヤに一体化されたギヤ側ストッパ（６１）を有し、
前記制御回路部は、前記ステッピングモータを駆動して前記樹脂製のギヤを回転させることにより前記ギヤ側ストッパを位置が固定された基準用ストッパ（７０）に突き当てるイニシャライズ制御を行う際に、前記通電制御と当該通電制御の次に実行する前記通電制御との間及び前記通電制御中に、前記複数のコイルの全ての通電を停止するオフ期間を設け、前記オフ期間において前記複数のコイルに発生する電磁力の全てを消磁するステッピングモータの制御装置。
【請求項２】
前記制御回路部は、前記イニシャライズ制御の際に、前記通常制御として前記複数のコイルに対して１相励磁を行うと共に、１極の通電毎に前記オフ期間を設ける請求項１に記載のステッピングモータの制御装置。
【請求項３】
前記制御回路部は、前記イニシャライズ制御の際に、前記通常制御として前記複数のコイルに対して２相励磁または１−２相励磁を行うと共に、２極の通電毎に前記オフ期間を設ける請求項１に記載のステッピングモータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステッピングモータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステッピングモータを使用して回転部材の原点合わせを行う原点補正装置が、例えば特許文献１で提案されている。原点補正装置は、回転部材が原点ストッパの近傍から原点ストッパに到達するまでの間、ステッピングモータを１ステップ駆動するのに必要な単位パルスの中に間抜き部分を作る。これにより、ステッピングモータの駆動エネルギーを小さくして、原点ストッパに対する回転部材の跳ね返りの低減を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１３５５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、回転部材としての樹脂製のギヤに一体化されたギヤ側ストッパが、位置が固定された基準用ストッパに突き当たる構成では、ストッパ同士の当接時に樹脂製のギヤに変形が生じ、期待されるステッピングモータの脱調が瞬時に起こらない。そして、ステッピングモータがロックする瞬間まで、樹脂製のギヤに大きな変形歪が蓄積する。
【０００５】
また、樹脂製のギヤが変形した後にステッピングモータのロックが生じる。その後に駆動パルスが駆動回路に送り続けられると、モータ駆動の回転磁界はステッピングモータの反転方向に作用する。つまり、磁極の移動方向とモータ軸の回転方向とが同期していたものが、磁極の移動方向がモータ軸の逆回転方向に同期してしまう。このため、変形歪の反発力にステッピングモータの反転の力が加わって、樹脂製のギヤの大きな跳ね返り挙動が生じる。
【０００６】
このような挙動に対して上記従来の技術を採用した場合、ステッピングモータを駆動するための単位パルスに間抜き部分を作ることになる。これにより、ステッピングモータを駆動するための実効電流が低下するため、ステッピングモータの駆動トルクは低減する。したがって、ストッパ同士の当接時に、原点ストッパに対するギヤのストッパの突き当てエネルギーは低減する。
【０００７】
しかし、磁極の移動方向とモータ軸の逆回転方向との同期は維持されているので、ステッピングモータの脱調自体は起こらず、ステッピングモータの保持トルクは残っている。このため、樹脂製のギヤの跳ね返りを充分に低減することができないという問題がある。
【０００８】
本発明は上記点に鑑み、ギヤ側ストッパが基準用ストッパに突き当たる際のステッピングモータの保持トルクを低減することにより、樹脂製のギヤの跳ね返りを低減することができるステッピングモータの制御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】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、回転軸（１７）に接続されたマグネット（１１）の周囲に複数のコイル（１２〜１５）が配置されて構成されたステッピングモータ（１０）の複数のコイルの全てに所定のタイミングで通電を行う通電制御を繰り返してステッピングモータを駆動することにより、回転軸の回転に伴って樹脂製のギヤ（６０）を回転させる制御回路部（８０）を備えたステッピングモータの制御装置であって、以下の点を特徴としている。
【００１０】
まず、樹脂製のギヤは、当該樹脂製のギヤに一体化されたギヤ側ストッパ（６１）を有している。また、制御回路部は、ステッピングモータを駆動して樹脂製のギヤを回転させることによりギヤ側ストッパを位置が固定された基準用ストッパ（７０）に突き当てるイニシャライズ制御を行う際に、通電制御と当該通電制御の次に実行する通電制御との間及び通電制御中に、複数のコイルの全ての通電を停止するオフ期間を設け、オフ期間において複数のコイルに発生する電磁力の全てを消磁することで、電磁力によるステッピングモータの保持トルクを消失させる。
【００１１】
これによると、複数のコイルへの通電によってステッピングモータに発生する保持トルクがオフ期間において消失するので、オフ期間におけるステッピングモータに発生するトルクを、マグネットの吸引力であるディティントルクまで低減することができる。このため、ストッパ（６１、７０）同士の当接時に樹脂製のギヤに発生する跳ね返りのエネルギーの蓄積を回避することができる。したがって、基準用ストッパに対する樹脂製のギヤの跳ね返りを低減することができる。
【００１２】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態に係るステッピングモータ及び制御回路部を示した図である。
【図２】ギヤ列と各ストッパの配置を示した図である。
【図３】イニシャライズ制御におけるギヤ側ストッパの位置の変化を示した図である。
【図４】第２駆動パルスを示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る第２駆動パルスを示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る第２駆動パルスを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係るステッピングモータの制御装置は、例えば、燃料電池車における冷却系の流量調整弁の制御に適用される。特に、バルブ駆動部が樹脂で形成されると共に、流量調整弁がステッピングモータで駆動される場合に適用される。
【００１６】
図１に示されるように、ステッピングモータ１０は、マグネット１１の周囲に４個のコイル１２〜１５（Ａ〜Ｄ）が配置されて構成されている。各コイル１２〜１５は回転方向に９０度毎に位置するように、ステータ鋼板１６に巻き付けられている。各コイル１２〜１５は電源２０に並列接続されている。
【００１７】
マグネット１１は、図２に示された回転軸１７に固定されている。回転軸１７には金属製のモータギヤ３０が固定されている。モータギヤ３０はステッピングモータ１０の駆動力で回転し、樹脂製の中間ギヤ４０を回転させる。
【００１８】
中間ギヤ４０は、モータギヤ３０を減速することで、モータギヤ３０の駆動トルクを増大して樹脂製の中間ギヤ５０に伝達する。中間ギヤ５０は、中間ギヤ４０を減速することで、中間ギヤ４０の駆動トルクを増大して樹脂製の出力ギヤ６０に伝達する。出力ギヤ６０は、中間ギヤ５０を減速することで、中間ギヤ５０の駆動トルクを増大して図示しない弁体を回転させる。したがって、本実施形態では、ステッピングモータ１０は、回転軸１７の回転に伴って、出力ギヤ６０を間接的に回転させる。
【００１９】
出力ギヤ６０は、当該出力ギヤ６０に一体化されたギヤ側ストッパ６１を有している。ギヤ側ストッパ６１は、出力ギヤ６０の外周部に設けられていると共に、径方向に突出している。ギヤ側ストッパ６１も本体同様に樹脂で形成されている。
【００２０】
これらのギヤ３０〜６０は、図示しない樹脂製のケースに収容されている。また、ケースは、位置が固定された基準用ストッパ７０を有している。基準用ストッパ７０は、ギヤ側ストッパ６１が突き当たる部分であり、出力ギヤ６０すなわち弁体の基準位置を規定する役割を果たす。基準用ストッパ７０は、ケース本体と同様に樹脂で形成されていても良いし、金属製でも構わない。
【００２１】
ステッピングモータ１０の制御装置は、図１に示された制御回路部８０を備えている。制御回路部８０は、ステッピングモータ１０を駆動制御するように回路構成されており、ステッピングモータ１０の各コイル１２〜１５に対応したスイッチ８１〜８４を有している。なお、制御装置は、制御回路部８０を収容するケースや外部装置との電気接続端子等を備えた構成になっている。
【００２２】
制御回路部８０は、外部装置からの指令に従って各スイッチ８１〜８４を接続または切断することにより、各コイル１２〜１５の全てに所定のタイミングで通電を行う通電制御を行う。通電制御は、４個のコイル１２〜１５に順に通電を行う１サイクルの制御である。また、制御回路部８０は、通電制御を繰り返すことにより、ステッピングモータ１０を駆動して出力ギヤ６０を回転させる。通電制御は、例えば各コイル１２〜１５を１相毎に励磁する１相励磁、２相を同時に励磁する２相励磁、１相励磁と２相励磁とを交互に繰り返す１−２相励磁等の制御である。
【００２３】
また、制御回路部８０は、燃料電池車の電源がオンされた際に、イニシャライズ制御を実行する機能を有している。イニシャライズ制御は、ステッピングモータ１０を駆動して出力ギヤ６０を回転させ、ギヤ側ストッパ６１を基準用ストッパ７０に突き当てることにより、出力ギヤ６０の基準位置を調整する制御である。制御回路部８０は、イニシャライズ制御の実行後は外部装置の指令に従って動作する。以上が、ステッピングモータ１０及びその制御装置の構成である。
【００２４】
次に、制御回路部８０のイニシャライズ制御の動作について説明する。まず、燃料電池車の電源オフのモードになると、制御回路部８０は時点Ｔ１からイニシャライズ制御を開始する。
【００２５】
図３に示されるように、制御回路部８０は、時点Ｔ２まで２相励磁のパルス（第１駆動パルス）の通電制御によってステッピングモータ１０を駆動することにより、出力ギヤ６０を正回転させる。これにより、ギヤ側ストッパ６１が基準用ストッパ７０に近づくので、基準用ストッパ７０に対するギヤ側ストッパ６１の回転方向の位置は小さくなっていく。
【００２６】
時点Ｔ２後、図４に示されるように、制御回路部８０は１相励磁のパルス（第２駆動パルス）の通電制御によって出力ギヤ６０を駆動する。また、制御回路部８０は、通電制御と当該通電制御の次に実行する通電制御との間及び通電制御中に、各コイル１２〜１５の全ての通電を停止するオフ期間を設ける。通電制御中では、制御回路部８０は、１極の通電毎にオフ期間を設ける。
【００２７】
具体的には、制御回路部８０は、コイル１２（Ａ）への通電、オフ期間、コイル１３（Ｂ）への通電、オフ期間、コイル１４（Ｃ）への通電、オフ期間、コイル１５（Ｄ）への通電を行う。このように、通電制御中に複数のオフ期間が設けられている。つまり、出力ギヤ６０は１パルス分回転した後、全極オフになって回転が止まる。すなわち、出力ギヤ６０は回転と停止とを繰り返す間欠的な挙動となる。
【００２８】
そして、制御回路部８０は、この通電制御の後にもオフ期間を設け、このオフ期間の後に再びオフ期間を含んだ通電制御を行う。これにより、ステッピングモータ１０の回転が遅くなるので、時点Ｔ２後はギヤ側ストッパ６１の移動も遅くなる。
【００２９】
オフ期間は、全てのコイル１２〜１５に電流が流れない。したがって、制御回路部８０は、オフ期間において各コイル１２〜１５に発生する電磁力の全てを消磁することで、電磁力によるステッピングモータ１０の保持トルクを消失させる。
【００３０】
続いて、時点Ｔ３では、ギヤ側ストッパ６１が基準用ストッパ７０に突き当たる。そして、時点Ｔ３から時点Ｔ４までギヤ側ストッパ６１が基準用ストッパ７０に当接する。なお、時点Ｔ１から時点Ｔ２までの時間、及び、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの時間は制御回路部８０に予め設定されている。これらの時間は、例えばパルスの数によって設定されている。
【００３１】
ギヤ側ストッパ６１が基準用ストッパ７０に突き当る際、制御回路部８０は各コイル１２〜１５に対してオフ期間を設けた通電制御を行っているので、ステッピングモータ１０は１パルス分回転するが、モータギヤ３０は回転しない。この瞬間、樹脂製のギヤ側ストッパ６１のうち基準用ストッパ７０の当接部に変形歪が僅かに生じるが、オフ期間によって変形歪はギヤ列を通じてステッピングモータ１０の回転を戻すことで解消される。このステッピングモータ１０の逆回転は、マグネット１１とステータ鋼板１６の吸引力による安定点で停止するので、１パルス以内となる。この１パルス以内の逆回転は、イニシャライズ制御で期待されるステッピングモータ１０の脱調そのものである。したがって、オフ期間におけるステッピングモータ１０に発生するトルクをマグネット１１の吸引力であるディティントルクまで低減することができる。
【００３２】
時点Ｔ４後、制御回路部８０は、２相励磁のパルス（第３駆動パルス）の通電制御によって時点Ｔ５まで出力ギヤ６０を逆回転させる。出力ギヤ６０の回転位置はギヤ側ストッパ６１が基準用ストッパ７０に当接したことにより原点補正されている。こうして、イニシャライズ制御が終了する。ここで、上記の正回転とは、制御上の０点からストッパ６１、７０同士が当接する側にモータを回転する方向であり、逆回転とはこの反対方向の回転である。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態では、イニシャライズ制御の際に全てのコイル１２〜１５への通電をオフするオフ期間を設けてステッピングモータ１０に発生する保持トルクを消失させている。これにより、ストッパ６１、７０同士の当接時に出力ギヤ６０に発生する跳ね返りのエネルギーの蓄積を回避することができる。したがって、出力ギヤ６０の跳ね返りを低減することができる。また、出力ギヤ６０の位置精度を向上させることができる。
【００３４】
上記のように、オフ期間においてステッピングモータ１０の保持トルクを消失させているが、オフ期間は１つの駆動パルスが複数のパルスに間引きされたことによる期間ではない。このため、駆動パルスの間抜き部分による駆動トルクの低減によって出力ギヤ６０を駆動する回転力自体が低下してしまう、という問題は生じない。また、駆動パルスの間抜き部分はないから、駆動トルクの低減もなく、出力ギヤ６０を駆動する回転力自体も低下しない。したがって、出力ギヤ６０の回転力の低下を抑制しつつ、出力ギヤ６０の跳ね返りの低減が可能になっている。
【００３５】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、出力ギヤ６０が特許請求の範囲の「樹脂製のギヤ」に対応する。
【００３６】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、制御回路部８０は、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間、通常制御として各コイル１２〜１５に対して２相励磁を行う。この際、制御回路部８０は、２極の通電毎にオフ期間を設ける。
【００３７】
例えば、図５に示されるように、コイル１２、１３（Ａ、Ｂ）を２相励磁し、オフ期間を設け、コイル１４、１５（Ｃ、Ｄ）を２相励磁する。これによると、２ステップの回転毎に跳ね返りの変形歪のエネルギーを解放することができる。また、２相励磁を採用しているので、ステッピングモータ１０が正確に動作する。さらに、イニシャライズ制御の時間を短くすることができる。この場合、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの時間を予め短く設定することになる。
【００３８】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。本実施形態では、制御回路部８０は、時点Ｔ２から時点Ｔ４までの間、通常制御として各コイル１２〜１５に対して１−２相励磁を行う。したがって、図６に示されるように、２極の通電毎にオフ期間を設ける。イニシャライズ制御の時間は、１相励磁の場合よりも短くなる。
【００３９】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたステッピングモータ１０の制御装置の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、上記各実施形態では、ステッピングモータ１０は、各ギヤ３０〜５０を介して出力ギヤ６０を間接的に回転させていたが、出力ギヤ６０を直接回転させても良い。
【００４０】
上記各実施形態では、第１駆動パルス及び第３駆動パルスは２相励磁のパルスに設定されていたが、１相励磁等の他のパルスに設定されていても構わない。
【００４１】
上記各実施形態では、ステッピングモータ１０の制御装置の適用例として燃料電池車を挙げたが、これは一例である。当該制御装置は、出力ギヤ６０の原点補正を行う構成に広く適用することができる。
【００４２】
上記各実施形態では、ステッピングモータ１０として４極モータを例に説明したが、これは一例である。ステッピングモータ１０の極数は適宜変更しても構わない。
【符号の説明】
【００４３】
１０        ステッピングモータ
１１        マグネット
１２〜１５  コイル
１７        回転軸
６０        出力ギヤ（樹脂製のギヤ）
６１        ギヤ側ストッパ
７０        基準用ストッパ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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