(57)【要約】【課題】振動や騒音を増大させることなく、電動アクチュエータの出力トルクを増大させる。【解決手段】直流モータ１１０を採用するとともに、２相パルス出力式にて回転位置を検出する。これにより、安価な電動アクチュエータ１００を得ることができるとともに、振動や騒音を増大させることなく、電動アクチュエータ１００の出力トルクを増大させることができる。また、リンクレバーがストッパに当たった位置から数パルス戻した位置を作動基準とすることで、クリープ等による耐久性の悪化を阻止する。【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（１１０）と、
前記直流モータ（１１０）の回転角度に応じて発生するパルス信号に基づいて出力軸（１２７）の回転角度を検出する回転角度検出手段（２２０）と、
前記直流モータ（１１０）を作動を制御するモータ制御手段（２００）とを有し、
前記モータ制御手段（２００）は、前記直流モータ（１１０）の回転を機械的に停止させた位置を原点位置として記憶するとともに、前記原点位置からずれた位置を作動基準として前記直流モータ（１１０）を制御することを特徴とする電動アクチュエータシステム。
【請求項２】
前記回転角度検出手段（２２０）は、回転角度に応じて発生する位相の異なる２種類以上のパルス信号に基づいて回転角度を検出することを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータシステム。
【請求項３】
前記モータ制御手段は、前記パルス信号の変化が停止したときに、前記直流モータ（１１０）の回転が機械的に停止したものとして前記原点位置を記憶することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動アクチュエータシステム。
【請求項４】
前記原点位置からずれた位置は、前記回転角度検出手段（２２０）で検出された所定回転角度だけ前記原点位置から戻された位置であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電動アクチュエータシステム。
【請求項５】
前記出力軸（１２７）の回転と連動して回転する可動ストッパ（１６０）を固定ストッパ（５ａ）に衝突させることにより、前記直流モータ（１１０）の回転を機械的に停止させ、
さらに、前記所定回転角度は、前記直流モータ（１１０）を停止させるときに前記可動ストッパ（１６０）が慣性でオーバランする回転角度より大きい回転角度であることを特徴とする請求項４に記載の電動アクチュエータシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動アクチュエータシステムに関するもので、車両用空調装置のエアミックスドアやモード切替ドア等の可動部材を駆動する電動アクチュエータシステムに適用して有効である。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
特開平１１−１８４０３号公報に記載の発明では、出力歯車及びケーシング内にストッパを設けて、両ストッパが衝突した位置を原点位置として記憶するとともに、原点位置からずれた位置を作動基準としてステッピングモータを制御している。
【０００３】
しかし、ステッピングモータは出力トルクが小さく、出力トルクを増大させるためには、駆動電流を増大させる又はロータを大きくする等の手段を講じる必要があり、電動アクチュエータ及びモータ駆動回路の電流容量の大型化を招いてしまう。
【０００４】
また、減速機構の減速比を大きくすれば、出力軸における出力トルクを増大させることができるものの、ステッピングモータの回転数が大きくなるため、振動や騒音が増大してしまう。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、第１には、従来と異なる新規な電動アクチュエータシステムを提供し、第２には、振動や騒音を増大させることなく、電動アクチュエータの出力トルクを増大させることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明では、直流モータ（１１０）と、直流モータ（１１０）の回転角度に応じて発生するパルス信号に基づいて出力軸（１２７）の回転角度を検出する回転角度検出手段（２２０）と、直流モータ（１１０）を作動を制御するモータ制御手段（２００）とを有し、モータ制御手段（２００）は、直流モータ（１１０）の回転を機械的に停止させた位置を原点位置として記憶するとともに、原点位置からずれた位置を作動基準として直流モータ（１１０）を制御することを特徴とする。
【０００７】
直流モータ（１１０）は、ステッピングモータに比べて出力トルクが大きく、かつ、低コストであるので、駆動電流を増大させる又はロータを大きくする等の手段を講じる必要がなく、電動アクチュエータ及びモータ駆動回路の電流容量を大型にする必要がない。
【０００８】
また、減速機構の減速比を大きくすることなく、出力軸（１２７）における出力トルクを増大させることができるので、直流モータ（１１０）の回転数を低くすることができ、振動や騒音を低減することができる。
【０００９】
したがって、従来と異なる新規な電動アクチュエータシステムを安価に得ることができるとともに、振動や騒音を増大させることなく、電動アクチュエータの出力トルクを増大させることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、回転角度検出手段（２２０）は、回転角度に応じて発生する位相の異なる２種類以上のパルス信号に基づいて回転角度を検出することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、モータ制御手段は、パルス信号の変化が停止したときに、直流モータ（１１０）の回転が機械的に停止したものとして原点位置を記憶することを特徴とするものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、原点位置からずれた位置は、回転角度検出手段（２２０）で検出された所定回転角度だけ原点位置から戻された位置であることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明では、出力軸（１２７）の回転と連動して回転する可動ストッパ（１６０）を固定ストッパ（５ａ）に衝突させることにより、直流モータ（１１０）の回転を機械的に停止させ、さらに、所定回転角度は、直流モータ（１１０）を停止させるときに、可動ストッパ（１６０）が慣性でオーバランする回転角度より大きい回転角度であることを特徴とする。
【００１４】
これにより、直流モータ（１１０）の制御時に、仮に可動ストッパ（１６０）が慣性でオーバランしても可動ストッパ（１６０）と固定ストッパ（５ａ）とが衝突してしまうことを防止できるので、可動ストッパ（１６０）及び固定ストッパ（５ａ）の機械的強度が低下することを防止できる。
【００１５】
因みに、上記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一例である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
本実施形態は、本発明に係る電動アクチュエータシステム（以下、アクチュエータと略す。）１００を車両用空調装置のエアミックドア１の駆動装置に適用したものであり、図１は車両用空調装置の模式図であり、図２はアクチュエータの外観図である。
【００１７】
ここで、エアミックスドア１とは、車両用空調装置において、エンジン２の冷却水を熱源として室内に吹き出す空気を加熱するヒータコア３を迂回して流れる風量を調節することにより室内に吹き出す空気の温度を調節するものである。
【００１８】
なお、ヒータコア３及び蒸発器４等の熱交換器やエアミックスドア１等は樹脂製の空調ケーシング５内に収納されており、アクチュエータ１００は、空調ケーシング５にネジ等の締結手段により固定されている。
【００１９】
次に、アクチュエータ１００について述べる。
【００２０】
図２はアクチュエータ１００の外観図であり、図３はアクチュエータ１００の構成図である。そして、図３中、直流モータ１１０は車両に搭載されたバッテリに直結されて電力を得て回転するものであり、減速機構１２０はモータ１１０から入力された回転力を減速してエアミックスドア１に向けて出力する変速機構である。なお、直流モータ１１０及び減速機構１２０等の回転駆動する機構部を駆動部１３０と呼ぶ。
【００２１】
因みに、減速機構１２０は、モータ１１０の出力軸１１１に圧入されたウォーム１２１、このウォーム１２１と噛み合うウォームホィール１２２、及び複数枚の平歯車１２３、１２４からなる歯車列であり、出力側に位置する最終段歯車（出力側歯車）１２６には、出力軸１２７が設けられている。
【００２２】
なお、アクチュエータ用のケーシング１４０は駆動部１３０を収納するととともに、後述するブラシ（電気接点）１５５〜１５７が固定されたケーシングである。
【００２３】
ところで、減速機構１２０のうち、直流モータ１１０により直接駆動される入力歯車（ウォーム１２１）より出力側（出力軸１２７）には、図３〜６（特に、図６参照）に示すように、パルスパターンプレート（以下、パターンプレートと呼ぶ。）１５３が設けられており、このパターンプレート１５３は、円周方向に交互に並んだ導電部１５１ａ、１５２ａ及び非導電部１５１ｂ、１５２ｂからなる第１、２パルスパターン１５１、１５２が設けられたもので、出力軸１２７と一体的に回転する。
【００２４】
このとき、導電部１５１ａ、１５２ａの円周角α１、α２及び非導電部１５１ｂ、１５２ｂの円周角β１、β２を互いに等しくするとともに、第１パルスパターン１５１の位相を第２パルスパターン１５２の位相に対して円周角α１、α２（＝円周角β１、β２）の略１／２ずらしている。
【００２５】
なお、第１、２パルスパターン１５１、１５２は電気的に繋がっており、第１、２パルスパターン１５１、１５２は、両パルスパターン１５１、１５２より内周側に設けられたコモンパターン（共通導電部パターン）１５４と電気的に繋がって、後述するブラシ１５７を介してバッテリの負極側に電気的に繋がっている。
【００２６】
一方、図５のケーシング１４０側には、バッテリの正極側に接続された銅系導電材料製の第１〜３ブラシ（電気接点）１５５〜１５７が固定されており、第１ブラシ１５５は第１パルスパターン１５１に接触し、第２ブラシ１５６は第２パルスパターン１５２に接触し、第３ブラシ１５７はコモンパターン１５４に接触するように構成されている。
【００２７】
なお、本実施形態では、第１〜３ブラシ１５５〜１５７とパターンプレート１５３との接点を２点以上（本実施形態では、４点）とすることにより、第１〜３ブラシ１５５〜１５７と導電部１５１ａ、１５２ａ（コモンパターン１５４を含む。）との電気接続を確実なものとしている。
【００２８】
また、図２に示すように、出力軸１２７には、エアミックスドア１を揺動させるリンクレバー１６０が圧入固定されているとともに、空調ケーシング５には、リンクレバー１６０を衝突させるためのストッパ５ａが設けられている。
【００２９】
次に、アクチュエータ１００の概略作動を述べる。
【００３０】
図７はモータ制御手段をなすアクチュエータ１００の電気制御回路２００を示す模式図であり、この電気制御回路２００は直流モータ１１０を駆動するモータ駆動回路２１０、並びにパターンプレート１５３で発生するパルス信号に基づいて出力軸１２７の回転角及び回転の向きを検出する回転角度検出手段をなす回転角度検出器２２０、各種制御情報を記憶するＥＥＰＲＯＭ等の記憶回路２３０等から構成されている。
【００３１】
なお、電気制御回路２００には、イグニッションスイッチがオンであるかオフであるかを示す信号電圧及びバッテリからの電力が供給されている。
【００３２】
そして、直流モータ１１０が回転して出力軸１２７、つまりパターンプレート１５３が回転すると、第１、２ブラシ１５５、１５６と導電部１５１ａ、１５２ａとが接触する通電（ＯＮ）状態、及び第１、２ブラシ１５５、１５６と非導電部１５１ｂ、１５２ｂとが接触する非通電（ＯＦＦ）状態が相互に周期的に発生する。
【００３３】
したがって、第１、２ブラシ１５５、１５６には、図８に示すように、直流モータ１１０が所定角度回転する毎にＡ相及びＢ相のパルス信号が発生するので、このパルス信号を回転角度検出器２２０にて数えることにより出力軸１２７の回転角度を検出することができる。
【００３４】
なお、上述の説明から明らかなように、本実施形態では、第１、２ブラシ１５５、１５６とパターンプレート１５３とにより出力軸１２７が所定角度回転する毎にパルス信号を発するパルス発生器１５８（図７参照）を構成している。
【００３５】
また、第１パルスパターン１５１の位相と第２パルスパターン１５２の位相とがずれているため、パルス発生器１５８では、第１パルスパターン１５１と第１ブラシ１５５とにより発生するパルス信号（以下、このパルス信号をＡ相パルスと呼ぶ。）と、第２パルスパターン１５２と第２ブラシ１５６とにより発生するＡ相パルス対して位相のずれたパルス信号（以下、このパルス信号をＢ相パルスと呼ぶ。）とが発生する。
【００３６】
このため、本実施形態では、Ａ相パルス及びＢ相パルスのうちいずれの信号が先に回転角度検出器２２０に入力されるかによって、直流モータ１１０（出力軸１２７）の回転方向を検出している。
【００３７】
また、直流モータ１１０の回転量、つまり出力軸１２７の回転量を制御するに当たっては、図２のリンクレバー１６０を空調ケーシング５に固定されたストッパ５ａに衝突させて直流モータ１１０の回転を機械的に停止させた位置を原点位置として記憶し、その後は、バッテリが外れた場合及びパルス信号に異常が発生した場合を除き、原点位置からずれた位置、すなわち本実施形態では、原点位置から２パルス戻した位置を作動基準として直流モータ１１０を制御する。
【００３８】
因みに、この原点位置から戻す量は、モータ停止時のオーバラン量、並びにストッパ５ａにリンクレバー１６０が衝突したときのリンクレバー１６０及びストッパ５ａの撓み量を考慮したパルス数とする。
【００３９】
すなわち、リンクレバー１６０を停止位置（作動基準）で止める場合、リンクレバー１６０の作動慣性で停止位置を超えてオーバランしてしまうことが考えられる。つまり、本実施形態における２パルスは、モータ停止制御後にリンクレバー１６０がオーバランする量の最大値を見込んだずらし量である。
【００４０】
そして、このずらし量を設定することにより、通常作動時に可動ストッパをなすリンクレバー１６０がオーバランして固定ストッパをなすストッパ５ａに衝突して停止することが防止できるので、衝突停止による衝撃及びその後のクリープ状態を回避することができ、樹脂部品の強度低下を防ぐことができる。
【００４１】
なお、電気抵抗値の変化（電圧変化）を検出して回転角度を検出する回転角度検出装置では、こような僅かな量を戻して制御するといったことは困難であるが、パルス数を数えることにより回転角度を検出する回転角度検出装置では、こような僅かな量を戻して制御するといったこと比較的容易に行うことができるので、比較的コストの安い回転角度検出装置にて本実施形態を実現することができる。
【００４２】
ところで、図９はアクチュエータ１００、つまり直流モータ１１０の制御を示すサブルーチンフローチャートであり、図示しないメインルーチンで車両のイグニッションスイッチのオン−オフを監視し、イグニッションスイッチが投入されている場合には、バッテリを接続した後、初めてイグニッションスイッチが投入されたか否かを記憶回路２３０に記憶されフラグに基づいて判定し（Ｓ１１０）、バッテリを接続した後、初めてイグニッションスイッチが投入された場合には、リンクレバー１６０をストッパ５ａに衝突させて直流モータ１１０の回転を機械的に停止させた位置を原点位置として記憶し、原点位置からずれた位置を作動基準として目標位置（目標回転角）となるように直流モータ１１０を制御する（Ｓ１２０〜Ｓ１９０）。
【００４３】
なお、このとき、Ｓ１５０を省略してもよい。つまりＳ１５０でリンクレバー１６０が作動基準で止まらず、そのままＳ１６０〜Ｓ１８０において目標位置まで動いて戻りきるときのみ作動基準で止まるようにしてもよい。
【００４４】
因みに、本実施形態では、パルス信号の変化が停止したときに、リンクレバー１６０がストッパ５ａに衝突したものと判定している。
【００４５】
一方、バッテリを接続した後、初めてイグニッションスイッチが投入された場合でないときには、初期位置設定ステップ（Ｓ１２０〜Ｓ１５０）を行うことなく、原点位置からずれた位置を作動基準として目標位置となるように直流モータ１１０を制御する（Ｓ１６０〜Ｓ１９０）。
【００４６】
また、イグニッションスイッチがオフされた場合であっても、バッテリを接続した後、初めてイグニッションスイッチがオフされた場合には、バッテリ電源チャタリング時の誤作動を修正するため、初期位置設定ステップ（Ｓ１２０〜Ｓ１５０）と同様に初期位置設定ステップ（Ｓ２００〜Ｓ２３０）を行う。
【００４７】
なお、バッテリ電源チャタリング時の誤作動とは、バッテリを交換するとき等バッテリ接続時に、一時的な電源の接続遮断（チャタリング）が発生して電気制御回路２００の作動が不安定なときに原点位置や作動基準を記憶してしまうことを言う。
【００４８】
また、リンクレバー１６０を原点位置で停止させたまましておくと、樹脂のクリープ現象によりリンクレバー１６０及びストッパ５ａの強度が低下するので、Ｓ２３０は省略すべきでない。
【００４９】
次に、本実施形態の作用効果を述べる。
【００５０】
直流モータ１１０は、周知のごとく、ステッピングモータに比べて出力トルクが大きいので、駆動電流を増大させる又はロータを大きくする等の手段を講じる必要がなく、アクチュエータ１００及びモータ駆動回路２１０の電流容量を大型にする必要がない。
【００５１】
また、減速機構の減速比を大きくすることなく、出力軸１２７における出力トルクを増大させることができるので、直流モータ１１０の回転数を低くすることができ、振動や騒音を低減することができる。
【００５２】
また、原点位置を記憶後、所定パルス数戻すので、リンクレバー１６０とストッパ５ａが衝突して両者１６０、５ａに過大な応力が作用したまま、その状態が保持されることを防止できる。
【００５３】
したがって、ストッパ５ａやリンクレバー１６０等の樹脂部品がクリープして強度が低下してしまうことを防止できるので、アクチュエータ１００及び空調装置の耐久性を向上させることができる。
【００５４】
また、パルス信号に基づいて出力軸１２７の回転位置を検出するので、ポテンショメータにて出力軸１２７の回転位置を検出する場合に比べて位置検出精度を高めることができる。延いては、エアミックスドア１を精度良く制御することができるので、空調装置の温度制御特性を向上させることができる。
【００５５】
（第２実施形態）
第１実施形態では、パルス信号の変化が停止したときに、リンクレバー１６０がストッパ５ａに衝突したものと判定したが、本実施形態は、図１０に示すように、図９のＳ１３０及びＳ２１０を廃止し、リンクレバー１６０をストッパ５ａ側に回転させる信号（電流）を直流モータ１１０に所定時間だけ通電し、その所定時間が経過した時のリンクレバー１６０の位置を原点位置として記憶するものである。
【００５６】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、位相の異なる２種類のパルス信号を発生させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、１種類又は３種類以上のパルス信号を発生させてもよい。
【００５７】
また、上述の実施形態では、エアミックスドア１に本発明に係る電動アクチュエータシステムを適用したが、本発明は吹出モード切換ドア等のその他の可動部材に対しても適用することができる。
【００５８】
また、上述の実施形態では、摺動接点方式の位置検出装置を例に本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、光学式のエンコーダ等のその他の位置検出装置にも適用することができる。
【００５９】
上述の実施形態では、図７に示すように、出力軸１２７にパルス発生器１５８を設け、出力軸１２７の回転に連動してパルスが発生するようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばパルス発生器のパターンプレート１５３を回転させるために、出力軸１２７よりも更に減速した回転部を設けパルス信号を発生させてもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、プリント基板にてパターンプレート１５３を構成したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば減速機１２０を構成する歯車に直接導電部材をメッキする、又は金属板をプレス成形する等してパターンプレート１５３を構成してもよい。
【００６１】
また、上述の実施形態では、両パルスパターン１５１、１５２より内周側に設けられたコモンパターン（共通導電部パターン）１５４を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、両パルスパターン１５１、１５２より外周側にコモンパターン１５４を設ける、又は両パルスパターン１５１、１５２間にコモンパターン１５４を設ける等してもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、車両用空調装置に本発明を適用したが、本発明の適用はこれに限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】車両用空調装置の模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエータの外観図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエータの模式図である。
【図４】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るパルスプレートの正面図であり、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るパルスプレートの拡大図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエータの制御回路を示す模式図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエータのパルス信号チャートである。
【図９】本発明の第１実施形態に係る電動アクチュエータの制御フローチャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエータの制御フローチャートである。
【符号の説明】
１００…電動アクチュエータ、１１０…直流モータ、１２０…減速機、
１２７…出力軸、１５１…第１パルスパターン、
１５２…第２パルスパターン、１５３…パターンプレート、
１５４…コモンパターン、１５５…第１ブラシ、１５６…第２ブラシ、
１５７…第３ブラシ。
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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