(57)【要約】【課題】原点補正制御において当接時の回転部材の跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができる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２と、ステッピングモータ２により回転駆動される回転部材５と、回転部材５が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部６と、ステッピングモータ２の動作を制御する制御部４と、を備える。制御部４は、ステッピングモータ２により回転部材５を突き当て部６に突き当てることによって、ステッピングモータ２の原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成される。また、制御部４は、通常駆動の際には２相励磁でステッピングモータ２を駆動させ、原点補正制御の際には、１相励磁及び２相励磁を交互に行う１−２相励磁、又は、１相励磁でステッピングモータ２を駆動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ駆動装置であって、
ステッピングモータと、
前記ステッピングモータにより回転駆動される回転部材と、
前記回転部材が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部と、
前記ステッピングモータの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ステッピングモータにより前記回転部材を前記突き当て部に突き当てることによって、前記ステッピングモータの原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成され、
前記制御部は、通常駆動の際には２相励磁で前記ステッピングモータを駆動させ、前記原点補正制御の際には、１相励磁及び２相励磁を交互に行う１−２相励磁、又は、１相励磁で前記ステッピングモータを駆動させる、
モータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステッピングモータを用いて回転角度などの位置制御を行うモータ駆動装置において、一般に、ステッピングモータの動作原点位置を補正する原点補正制御が行われる。このような原点補正制御としては、例えば特許文献１に、ステッピングモータによりロータリーバルブ（弁装置）の弁開度を調節して流体流量を調整する流量制御装置において、ステッピングモータと連動する突起部を、ステッピングモータにより回転させてストッパー部に当接させて、突起部の停止位置に基づいて原点補正を行う手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０７７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載される従来の原点補正制御では、突起部（回転部材）をストッパー部（突き当て部）に当接させる際に、突起部の跳ね返りが発生し、すなわちステッピングモータが逆回転し、突起部の位置ずれによって原点補正の補正精度が低下する虞がある。
【０００５】
そこで本発明は、原点補正制御において当接時の回転部材の跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができるモータ駆動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】
【０００６】
本発明の一態様に係るモータ駆動装置は、ステッピングモータと、前記ステッピングモータにより回転駆動される回転部材と、前記回転部材が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部と、前記ステッピングモータの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ステッピングモータにより前記回転部材を前記突き当て部に突き当てることによって、前記ステッピングモータの原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成され、前記制御部は、通常駆動の際には２相励磁で前記ステッピングモータを駆動させ、前記原点補正制御の際には、１相励磁及び２相励磁を交互に行う１−２相励磁、又は、１相励磁で前記ステッピングモータを駆動させる。
【０００７】
この態様によれば、１−２相励磁及び１相励磁では、共に単一の相のみを励磁させる期間があるため、２相励磁と比較してステッピングモータが出力する駆動トルクを低減でき、これにより、原点補正制御において回転部材を突き当て部に突き当てる動作を行う際に、回転部材が突き当て部に突き当たったときの跳ね返り量を低減できる。この結果、原点補正制御において回転部材の突き当て部に対する跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、原点補正制御において当接時の回転部材の跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができるモータ駆動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、通常駆動時に実施される２相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。
【図３】図３は、実施形態のモータ駆動装置の原点補正制御に係る機構の概略構成を示す図である。
【図４】図４は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の一例である１−２相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。
【図５】図５は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の他の例である１相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係るモータ駆動装置がロータリーバルブ（温度調整バルブ）として適用される燃料電池システムの冷却系の構成を示すブロック図である。
【図７】図７は、ロータリーバルブの突き当て構造の一例を示す図である。
【図８】図８は、燃料電池システムの冷却系において実施される原点補正制御の一例を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態に係るモータ駆動装置がエアバルブ（バイパスバルブ、封止バルブ）として適用される燃料電池システムの酸化ガス配管系の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。
【００１１】
図１〜図５を参照して実施形態を説明する。まず図１を参照して、本実施形態に係るモータ駆動装置１の基本構成を説明する。図１は、実施形態に係るモータ駆動装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、モータ駆動装置１は、ステッピングモータ２と、駆動回路３と、制御部４とを備える。
【００１２】
本実施形態のステッピングモータ２は、図１に示すように、所謂２相ユニポーラ式のステッピングモータである。ステッピングモータ２は、円周方向に磁化された円筒状の永久磁石からなる回転可能なロータＭと、このロータＭの中心に対して９０度の間隔をもって相対するように配置された４つの巻線がそれぞれ巻かれたステータＳ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４と、を有する。ロータＭの永久磁石には、Ｂａフェライト、Ｓｒフェライト等のフェライト系磁石あるいはアルニコ系磁石等が使用される。
【００１３】
制御部４は、ステッピングモータ２の動作を制御する。制御部４は、駆動回路３に接続され、例えば、ステッピングモータ２の駆動速度、方向、距離、角度等を指令する信号を出力する。また、制御部４は、後述するステッピングモータ２の原点補正制御を実施する。
【００１４】
駆動回路３は、制御部４からの信号を判読、分配、増幅してステッピングモータ２のステータＳ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４の各巻線を所定の順序で励磁するためのものである。駆動回路３は、ステッピングモータ２のステータＳ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４の各巻線への通電及び遮断を行うスイッチとしてのトランジスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４等を有する。また、駆動回路３は、図１には図示していないが、ステータＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の励磁順序を決定する論理回路や、各ステータの巻線へ電流を供給する電源制御部などを有している。
【００１５】
モータ駆動装置１の制御部４は、通常駆動の際には、このような４相巻線のステッピングモータ２を２相励磁により駆動させる。２相励磁について図２を参照して説明する。図２は、通常駆動時に実施される２相励磁における、ステッピングモータ２のステータＳ１〜Ｓ４の各相の励磁タイミングを示す図である。図２の縦方向は、ステッピングモータの各ステータＳ１，Ｓ２、Ｓ３，Ｓ４を表し、図２の横方向は時間単位（パルス）ごとの励磁パターンを表す。この励磁パターンは、左端から右端までの順番で周期的に遷移する。図２では、各パルスにおいて励磁されるステータを黒色で表し、非励磁のステータを白色で表している。
【００１６】
図２に示すように、２相励磁では、ステータＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の巻線を励磁するタイミングは、次の相と１パルス分ずつずらしながら２相が同時に励磁しつつ、順番に励磁するものとなる。２相励磁では、各相のパルス幅が２パルス分となる。制御部４は、駆動回路３を介してステータＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４の２相励磁を制御し、ステッピングモータ２の駆動を制御している。そして、モータ駆動装置１は、このような制御部４によるステッピングモータ２の駆動によって、モータ２に取り付けられている回転部材５（図３参照）を任意の回転角度に回転させることができる。
【００１７】
また、本実施形態のモータ駆動装置１及び制御部４は、ステッピングモータ２の原点位置を補正する原点補正制御を実施できるよう構成されている。図３〜図５を参照して、この原点補正制御について説明する。図３は、実施形態のモータ駆動装置１の原点補正制御に係る機構の概略構成を示す図である。
【００１８】
図３に示すように、モータ駆動装置１は、ステッピングモータ２に取り付けられ、ステッピングモータ２の駆動に応じて回転駆動される回転部材５を備える。回転部材５は、例えば図３に示すように、ステッピングモータ２の回転軸から遠心方向に延在する部材であり、回転軸を中心として回転可能に設置されている。
【００１９】
また、モータ駆動装置１は、回転部材５の回転方向の所定の位置に、回転部材５がステッピングモータ２の回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部６を備える。突き当て部６に突き当たった回転部材５は、その回転を停止される。突き当て部６は、例えば図３に示すように、回転部材５が収容される筐体７の内壁面から内側に突出して形成される凸部である。
【００２０】
モータ駆動装置１の制御部４は、原点補正制御を実行する際には、ステッピングモータ２により回転部材５を突き当て部６に突き当てることによって、ステッピングモータ２の原点位置を補正する。制御部４は、例えば、回転部材５が突き当て部６に突き当たった位置を原点位置となるよう補正することができる。そして、特に本実施形態では、制御部４は、この原点補正制御の突き当て動作の際には、ステッピングモータ２を１−２相励磁、又は、１相励磁で駆動させるよう構成されている。
【００２１】
図４は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の一例である１−２相励磁における、ステッピングモータ２のステータＳ１〜Ｓ４の各相の励磁タイミングを示す図である。図５は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の他の例である１相励磁における、ステッピングモータ２のステータＳ１〜Ｓ４の各相の励磁タイミングを示す図である。図４及び図５の基本構成は図２と同様である。
【００２２】
図５に示すように、１相励磁では、ステータＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４のうちの単一の相のみが励磁される。図５に示すように、Ｓ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４の順で励磁されると、所定のステップ角だけステッピングモータ２が回転駆動する。また、この励磁の順を図５と逆の順番とすると逆回転する。１相励磁では、各相のパルス幅が１パルス分となり、２相励磁の半分となる。
【００２３】
図４に示すように、１−２相励磁では、１相励磁及び２相励磁が交互に繰り返される。図４に示すように、１−２相励磁では、各相のパルス幅が３パルス分となり、次の相とは２パルス分だけずらして励磁される。これにより、１相のみが励磁される状態と、２相が同時に励磁される状態とが繰り返されつつ、順番に励磁するものとなる。
【００２４】
制御部４は、物理的には、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上述した制御部４の各機能は、ＲＯＭに保持されるアプリケーションプログラムをＲＡＭにロードしてＣＰＵで実行することによって、ＣＰＵの制御のもとで各種装置を動作させると共に、ＲＡＭやＲＯＭにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。
【００２５】
本実施形態に係るモータ駆動装置１の効果を説明する。このように、本実施形態に係るモータ駆動装置１は、ステッピングモータ２と、ステッピングモータ２により回転駆動される回転部材５と、回転部材５が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部６と、ステッピングモータ２の動作を制御する制御部４と、を備える。制御部４は、ステッピングモータ２により回転部材５を突き当て部６に突き当てることによって、ステッピングモータ２の原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成される。また、制御部４は、通常駆動の際には２相励磁でステッピングモータ２を駆動させ、原点補正制御の際には、１相励磁及び２相励磁を交互に行う１−２相励磁、又は、１相励磁でステッピングモータ２を駆動させる。
【００２６】
１−２相励磁及び１相励磁では、共に単一の相のみを励磁させる期間があるため、２相励磁と比較してステッピングモータ２が出力する駆動トルクは低減する。これにより、原点補正制御において回転部材５を突き当て部６に突き当てる動作を行う際に、回転部材５が突き当て部６に突き当たったときの跳ね返り量を低減できる。したがって、本実施形態のモータ駆動装置１は、原点補正制御において回転部材５の突き当て部６に対する跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができる。
【００２７】
次に図６〜図８を参照して、上記実施形態に係るモータ駆動装置１の適用事例について説明する。図６は、実施形態に係るモータ駆動装置１がロータリーバルブ１４（温度調整バルブ）として適用される燃料電池システムの冷却系１０の構成を示すブロック図である。図７は、ロータリーバルブ１４の突き当て構造の一例を示す図である。
【００２８】
図６に示す燃料電池システムの冷却系１０は、システム内の燃料電池（ＦＣ）スタック１１に冷却水を適宜供給することによって燃料電池の作動温度を適切に保つ。冷却系１０は、ＦＣスタック１１と、ラジエータ１２と、ウォーターポンプ１３と、ロータリーバルブ１４とを備える。
【００２９】
ＦＣスタック１１は、反応ガス（酸化ガス、燃料ガス）の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する。ラジエータ１２は、冷却系１０を流れる冷却水を冷却する。ウォーターポンプ１３は、ＦＣスタック１１とラジエータ１２との間で冷却水を循環させる。図６の例では、ウォーターポンプ１３は、ラジエータ１２により冷却された冷却水を吐出してＦＣスタック１１に供給する。
【００３０】
ロータリーバルブ１４は、ＦＣスタック１１とラジエータ１２との間に設けられ、冷却水の流れを切り替える。図６の例では、ロータリーバルブ１４は、ＦＣスタック１１から出力される冷却水をラジエータ１２に供給する流路か、または、ラジエータ１２を迂回してウォーターポンプ１３に供給する流路に切り替える。例えば、冷却系１０は、ＦＣスタック１１が高温で作動している場合には、冷却水がラジエータ１２に供給され、ラジエータ１２により冷却された後にＦＣスタック１１に供給されるようにロータリーバルブ１４を切り替え、これによりＦＣスタック１１を冷却する。また、冷却系１０は、例えば始動時などＦＣスタック１１の作動温度が低い場合には、冷却水がラジエータ１２を迂回するようにロータリーバルブ１４を切り替え、これによりＦＣスタック１１の過度の冷却を抑制する。
【００３１】
ロータリーバルブ１４は、弁体（図示せず）の回転角度を調整することによって流路を切り替えることができる。本実施形態のモータ駆動装置１は、この弁体の駆動源としてロータリーバルブ１４に適用される。例えば図７に示すように、ロータリーバルブ１４は、筐体１５に収容され相互に連結される第１ギヤ１６、第２ギヤ１７、第３ギヤ１８を有する。第１ギヤ１６は、ステッピングモータ（図示せず）に接続され、ステッピングモータの回転と連動する。第３ギヤ１８は、ロータリーバルブ１４の弁体に接続され、弁体の回転と連動する。
【００３２】
図７の例では、第３ギヤ１８の外縁端部に回転部材５Ａが設けられると共に、筐体１５の内壁面から突出する突き当て部６Ａが設けられる。これらの回転部材５Ａ及び突き当て部６Ａは、図３を参照して説明した回転部材５及び突き当て部６と同様の機能を有する。すなわち、原点補正制御を実行する際には、ステッピングモータにより、第１ギヤ１６及び第２ギヤ１７を経て第３ギヤ及び回転部材５Ａを回転駆動させ、回転部材５Ａを突き当て部６Ａに突き当てることによって、ステッピングモータの原点位置を補正する。
【００３３】
図８は、図６及び図７を参照して説明した燃料電池システムの冷却系１０において実施される原点補正制御の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１では、冷却系１０の冷却水流量（ウォーターポンプ１３の回転数）が所定量以下か否かが判定される。冷却水流量が所定量より多い場合（ステップＳ１のＮｏ）には、ステップＳ２にて所定時間待機した後に、再びステップＳ１の判定が行われる。
【００３４】
一方、ステップＳ１の判定の結果、冷却系１０の冷却水流量が所定量以下の場合（ステップＳ１のＹｅｓ）には、ステップＳ３にて冷却水流量（ウォーターポンプ１３の回転数）の上限値が変更される。本ステップでは、通常駆動時と比較して上限値が低減するように設定が変更される。変更後の冷却水流量の上限値は、例えば、上述のとおり本実施形態のモータ駆動装置１が原点補正制御の際にステッピングモータを１−２相励磁、又は、１相励磁で駆動させ、駆動トルクが低減した場合であっても、この低減した駆動トルクによってロータリーバルブ１４の弁体を作動できる程度に少量に設定されるのが好ましい。
【００３５】
このようにステップＳ３にて冷却系１０の冷却水流量が抑制された後に、ステップＳ４にて、ステッピングモータの原点補正制御が行われる。原点補正制御では、例えば回転部材５Ａが突き当て部６Ａに当接するように、ステッピングモータが突き当て部６Ａに接近する側に所定ステップ回転するように制御される。
【００３６】
原点補正制御が完了すると、ステップＳ５にて、ステップＳ３で変更された冷却水流量の上限値が解除され、通常時のものに戻されて本制御フローを終了する。
【００３７】
なお、燃料電池システムが車両に搭載される場合には、車両の始動時や停車時に図８のフローチャートを実施すれば、ステップＳ１の判定を行わなくてもよい。
【００３８】
このように、本実施形態のモータ駆動装置１を燃料電池システムの冷却系１０のロータリーバルブ１４の駆動源として適用する構成においては、ステッピングモータの原点補正制御を実施する前に、冷却系１０を流れる冷却水の流量をある閾値（例えばステップＳ３の変更後の上限値）以下にするのが好ましい。冷却系１０では冷却水流量が大きくなるほど、ロータリーバルブ１４を作動させるために必要になる駆動トルクは増える。本実施形態では、原点補正制御の際には２相励磁から１−２相励磁または１相励磁に変更するため、原点補正制御中のステッピングモータの駆動トルクは下がる。本実施形態では、原点補正制御の前に予め冷却水流量を低減させているので、原点補正制御中に下がった駆動トルクでも好適にロータリーバルブ１４を作動させることができる。
【００３９】
図６〜図８の冷却系１０と同様に、実施形態に係るモータ駆動装置１は、図９に示すように、燃料電池システムの酸化ガス配管系２０にも適用することができる。図９は、実施形態に係るモータ駆動装置１がエアバルブ（バイパスバルブ２４、封止バルブ２２，２３）として適用される燃料電池システムの酸化ガス配管系２０の構成を示すブロック図である。
【００４０】
酸化ガス配管系２０は、酸化ガスとしての空気をＦＣスタック１１に供給し、余剰空気をＦＣスタック１１から排出する。酸化ガス配管系２０は、吸気系統に空気をＦＣスタック１１に吐出するためのエアポンプ２１と、吸気系統の酸化ガスの流れを調整する封止バルブ２２とを有する。また、排気系統にも酸化ガスの流れを調整する封止バルブ２３を有する。吸気系統の封止バルブ２２より上流側と、排気系統の封止バルブ２３より下流側とはバイパス流路により連結されており、このバイパス流路の流量を調整するバイパスバルブ２４が設けられている。
【００４１】
本実施形態のモータ駆動装置１は、図６を参照して説明したロータリーバルブ１４と同様に、酸化ガス配管系２０のエアバルブ（バイパスバルブ２４、封止バルブ２２，２３）の弁体の駆動源として適用することができる。また、図８のフローチャートを参照して説明した原点補正制御は、ウォーターポンプ１３の回転数に基づき算出していた冷却水流量を、エアポンプ２１の空気流量に置き換えることで、図９の構成においても同様に実施することができる。
【００４２】
以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。
【００４３】
上記実施形態では、モータ駆動装置１の制御対象として、図１に示したように２相ユニポーラ式のステッピングモータを例示したが、２相励磁、１−２相励磁、１相励磁を実施できれば他のタイプのステッピングモータを用いてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…モータ駆動装置、２…ステッピングモータ、４…制御部、５，５Ａ…回転部材、６，６Ａ…突き当て部
【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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【図７】
2018117482.tif 000009
【図８】
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【図９】
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