(57)【要約】【課題】ステッピングモーターを柔軟に制御することが可能な制御システム及び制御装置を提供する。【解決手段】制御システム１は、ステッピングモーター２と、電源３と、測定部５と、制御部６を備える。電源３は、ステッピングモーター２を駆動させる。測定部５は、電源３の電圧を測定する。制御部６は可変部を有し、測定部５が測定した測定電圧Ｖｍに基づきステッピングモーター２の回転速度を制御する。可変部は、測定電圧Ｖｍがステッピングモーター２を駆動させるのに必要なトルクを生じさせる最低電圧Ｖ０以上であると、測定電圧Ｖｍに基づき回転速度を可変させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステッピングモーターと、
前記ステッピングモーターを駆動させる電源と、
前記電源の電圧を測定する測定部と、
前記測定部が測定した測定電圧に基づき前記ステッピングモーターの回転速度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記測定電圧が前記ステッピングモーターを駆動させるのに必要なトルクを生じさせる最低電圧以上であると、前記測定電圧に基づき前記回転速度を可変させる可変部と、
を備えることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記可変部は、前記測定電圧が低下するにつれて前記回転速度を低下させる請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記ステッピングモーターは、前記ステッピングモーターを駆動するために通電させるコイルを有する電磁石を備え、
前記制御部からの信号に基づき前記電源の電圧を印加して前記コイルを通電することで前記電磁石を励磁させ、前記ステッピングモーターを駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記測定電圧が低下するにつれて、前記電磁石を励磁させるために前記コイルを通電する時間を長くする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記可変部は、前記測定電圧が目標とする回転速度で前記ステッピングモーターを回転できる電圧であると、前記目標とする回転速度に前記ステッピングモーターの回転速度を保持する請求項１ないし３のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項５】
前記可変部は、前記測定電圧が前記最低電圧未満になると、前記ステッピングモーターの回転速度を０にする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の制御システム。
【請求項６】
ステッピングモーターを駆動させる電圧に基づき前記ステッピングモーターの駆動を制御する制御装置であって、
前記電圧を測定する測定部と、
前記測定部が測定した測定電圧に基づき前記ステッピングモーターの回転速度を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記測定電圧が前記ステッピングモーターを駆動させるのに必要なトルクを生じさせる最低電圧以上である場合に前記測定電圧に基づき前記回転速度を可変させる可変部と、
を備えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
前記可変部は、前記測定電圧が低下するにつれて前記回転速度を低下させる請求項６に記載の制御装置。
【請求項８】
前記制御部からの信号に基づき前記電圧を印加して前記ステッピングモーターのコイルを通電することで前記コイルが巻き付く電磁石を励磁させ、前記ステッピングモーターを駆動する駆動部を備え、
前記駆動部は、前記測定電圧が低下するにつれて、前記電磁石を励磁させるために前記コイルを通電する時間を長くする請求項７に記載の制御装置。
【請求項９】
前記可変部は、前記測定電圧が目標とする回転速度で前記ステッピングモーターを回転できる電圧であると、前記目標とする回転速度に前記ステッピングモーターの回転速度を保持する請求項６ないし８のいずれか１項に記載の制御装置。
【請求項１０】
前記可変部は、前記測定電圧が前記最低電圧未満になると、前記ステッピングモーターの回転速度を０にする請求項６ないし９のいずれか１項に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ステッピングモーターの駆動を制御する制御装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−１０８７３７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のような制御装置では、ステッピングモーターを駆動させる電圧が閾値を超えると、一定の速度でステッピングモーターを回転させる。その一方でステッピングモーターを駆動させる電圧が閾値以下になると、ステッピングモーターが回転可能であってもステッピングモーターを停止させる。そのため、ステッピングモーターは一定の速度で回転させる又は停止させるとの二者択一で制御され、ステッピングモーターの制御方法に柔軟性がない。
【０００５】
本発明の課題は、ステッピングモーターを柔軟に制御することが可能な制御システム及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００６】
本発明の制御システムは、
ステッピングモーターと、
ステッピングモーターを駆動させる電源と、
電源の電圧を測定する測定部と、
測定部が測定した測定電圧に基づきステッピングモーターの回転速度を制御する制御部と、を備え、
制御部は、
測定電圧がステッピングモーターを駆動させるのに必要なトルクを生じさせる最低電圧以上であると、測定電圧に基づき回転速度を可変させる可変部と、
を備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明の制御システムでは、ステッピングモーターを駆動させる電源の電圧に基づきステッピングモーターの回転速度を可変させる。そのため、ステッピングモーターを柔軟に制御することが可能となる。
【０００８】
また、本発明の制御装置は、
ステッピングモーターを駆動させる電圧に基づきステッピングモーターの駆動を制御する制御装置であって、
電圧を測定する測定部と、
測定部が測定した測定電圧に基づきステッピングモーターの回転速度を制御する制御部と、を備え、
制御部は、
測定電圧がステッピングモーターを駆動させるのに必要なトルクを生じさせる最低電圧以上である場合に測定電圧に基づき回転速度を可変させる可変部と、
を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明は、ステッピングモーターの駆動を制御する制御装置として構成したものである（前述の発明は制御システムとして構成したものである）。前述の発明と同様にステッピングモーターを柔軟に制御することが可能となる。
【００１０】
本発明の実施態様では、
可変部は、測定電圧が低下するにつれて回転速度を低下させる。
【００１１】
これによれば、電源の電圧が低い場合においてもステッピングモーターを回転させることが可能となり、ステッピングモーターの応答性を高めることができる。
【００１２】
本発明の制御システムの実施態様では、
ステッピングモーターは、ステッピングモーターを駆動するために通電させるコイルを有する電磁石を備え、
制御部からの信号に基づき電源の電圧を印加してコイルを通電することで電磁石を励磁させ、ステッピングモーターを駆動する駆動部を備え、
駆動部は、測定電圧が低下するにつれて、電磁石を励磁させるためにコイルを通電する時間を長くする。
【００１３】
同様に本発明の制御装置の実施態様では、
制御部からの信号に基づき電圧を印加してステッピングモーターのコイルを通電することでコイルが巻き付く電磁石を励磁させ、ステッピングモーターを駆動する駆動部を備え、
駆動部は、測定電圧が低下するに連れて、電磁石を励磁させるためにコイルを通電する時間を長くする。
【００１４】
ステッピングモーターを駆動させる電圧が低下すると、ステッピングモーターの電磁石を励磁する電流が目標電流値に立ち上がる速度が遅くなる。よって、電源の電圧を測定した測定電圧が低下するにつれてコイルの通電時間を長くすることで、コイルの電磁石を励磁させることが可能となる。そのため、電源の電圧が低くてもステッピングモーターを駆動させることが可能となる。
【００１５】
本発明の実施態様では、
可変部は、測定電圧が目標とする回転速度でステッピングモーターを回転できる電圧であると、目標とする回転速度にステッピングモーターの回転速度を保持する。
【００１６】
これによれば、測定電圧が所定値以上になると、一定の速度でステッピングモーターを回転させることできる。
【００１７】
本発明の実施態様では、
可変部は、測定電圧が最低電圧に満たないと、ステッピングモーターの回転速度を０にする。
【００１８】
これによれば、測定電圧が最低電圧に満たないと、ステッピングモーターが駆動しないため、ステッピングモーターを適切に制御することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一例である制御システムの概略を示すブロック図。
【図２】図１のステッピングモーターの一例を示す概念図。
【図３】図１の測定部が測定する電源の電圧（測定電圧）とステッピングモーターの回転速度との関係を示す説明図。
【図４】図１の駆動部によりステッピングモーターのコイルに流れた電流値と、その電流値が目標電流値に到達する時間との関係の一例を示すグラフ（測定電圧が基準電圧の場合）。
【図５】図１の駆動部によりステッピングモーターのコイルに流れた電流値と、その電流値が目標電流値に到達する時間との関係の一例を示すグラフ（測定電圧が基準電圧未満の場合）。
【図６】図１のＲＯＭに格納されたプログラムの処理の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示す本発明の一例の制御システム１は、例えば、車両用空調装置の吹出口を切り替えるドアを駆動させるステッピングモーターを制御する。制御システム１は、ステッピングモーター２と、ステッピングモーター２を駆動させる電源３と、ステッピングモーター２の駆動を制御する電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ  以下、「ＥＣＵ４」とする）を備える。
【００２１】
図２に示すようにステッピングモーター２は、回転子２ａと２相のコイル２ｂ、２ｃを有する。回転子２ａは、例えば、所定の磁石として構成される。コイル２ｂ、２ｃは、それぞれ図示しない電磁石に巻き付けられ、コイル２ｂ、２ｃが通電すると、コイル２ｂ、２ｃが巻き付いた電磁石が励磁する。ステッピングモーター２では、通電させるコイル２ｂ、２ｃとコイル２ｂ、２ｃに流れる電流の方向を所定の順序で切り替えることで回転子２ａが回転する。
【００２２】
図１に戻って、電源３は、例えば、オルタネーター等の充電手段により充電可能なバッテリーとして構成される。電源３は、ＥＣＵ４等に電力を供給する。
【００２３】
ＥＣＵ４は、ステッピングモーター２を制御する主体である。ＥＣＵ４は、電源３の電圧を測定する測定部５と、測定部５が測定した測定電圧に基づいてステッピングモーター２を制御する制御部６と、制御部６からの信号に応じてステッピングモーター２を駆動する駆動部７を主に備える。測定部５、制御部６及び駆動部７は、Ｉ／Ｏポート８に接続される。
【００２４】
測定部５は、電源３の電圧を測定する主体である。測定部５は、電源３に接続され、電源３の電圧を、例えば、常時監視し、電源３の電圧を測定した測定電圧Ｖｍを取得して制御部６に送信する。測定部５は、例えば、電源３の電圧を測定する電圧測定回路として構成される。
【００２５】
制御部６は、ステッピングモーター２の回転速度を制御する主体である。制御部６は、例えば、ＣＰＵ６ａ、ＲＡＭ６ｂ及びＲＯＭ６ｃ並びにそれらを接続するバス６ｄを備える。ＣＰＵ６ａは、ＲＯＭ６ｃに記録したプログラムを実行して各種の情報処理の制御をする。ＣＰＵ６ａは、例えば、測定部５が測定した測定電圧Ｖｍに基づきステッピングモーター２の回転速度を制御する信号を駆動部７に送信する。ＲＡＭ６ｂは、読み書きが可能なメモリであり、ＣＰＵ６ａが情報処理を行う際の作業領域として機能する揮発性の記憶部である。ＲＡＭ６ｂには測定部５から適宜送信される電源３の測定電圧Ｖｍのデータ等が格納される。また、ＲＯＭ６ｃは、読み取り専用のメモリである。ＲＯＭ６ｃには制御部６が動作するための基本的なプログラム、パラメータ、データが記録される。ＲＯＭ６ｃには、例えば、ＲＡＭ６ｂに記憶された測定電圧Ｖｍのデータに基づきステッピングモーター２の回転速度を制御する制御プログラムＰ等が格納される。また、ＲＯＭ６ｃには、制御プログラムＰの実行時に参照される各種のデータが格納される。例えば、ステッピングモーター２を駆動させるために必要な最低限度のトルクを得るために必要な最低限度の電源３の電圧（以下、「最低電圧Ｖ０」とする。）を示すデータがＲＯＭ６ｃに格納される。また、ステッピングモーター２を一定の回転速度ｖｎで駆動させるトルクを得るために必要な最低限度の電源３の電圧（以下、「基準電圧Ｖｎ」とする。但し、基準電圧Ｖｎ＞最低電圧Ｖ０）を示すデータがＲＯＭ６ｃに格納される。更に、図３に示すように最低電圧Ｖ０から基準電圧Ｖｎに向けて一定の電圧毎に閾値となる電圧Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｎ−１を示す各種データが格納される。そして、各電圧Ｖ１、Ｖ２・・・Ｖｎ−２、Ｖｎ−１により区分けされた範囲に対応してステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１が設定される。例えば、測定電圧Ｖｍが、Ｖｎ−１≦Ｖｍ＜Ｖｎの範囲からＶ０≦Ｖｍ＜Ｖ１の範囲に向けて下がるにつれて段階的にステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１が小さくなるように設定される。ただし、回転速度は０＜ｖ１＜ｖ２・・・＜ｖｎ−１＜ｖｎとなるように設定される。以下、図１の制御プログラムＰについて具体的に説明する。
【００２６】
制御プログラムＰは、ＲＡＭ６ｂに記憶された測定電圧Ｖｍに基づきステッピングモーター２の回転速度を制御する。例えば、ＲＡＭ６ｂに記憶された直近の測定電圧Ｖｍが、基準電圧Ｖｎ以上、最低電圧Ｖ０未満、最低電圧Ｖ０以上基準電圧Ｖｎ未満のいずれに該当するかを判定する。図３に示すように測定電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｎ以上に該当する場合には、ステッピングモーター２を一定の回転速度ｖｎ（目標とする回転速度）で駆動させるようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する。また、測定電圧Ｖｍが最低電圧Ｖ０未満に該当する場合には、ステッピングモーター２の回転が停止するようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する。更に、測定電圧Ｖｍが最低電圧Ｖ０以上基準電圧Ｖｎ未満に該当する場合には、測定電圧Ｖｍが該当する図３の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１を読み出す。そして、読み出した回転速度ｖ１〜ｖｎ−１でステッピングモーター２を駆動させるようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する。
【００２７】
図１に戻って、制御プログラムＰが実行されてＣＰＵ６ａから制御信号が送信される駆動部７は、その制御信号に応じてステッピングモーター２を駆動する。駆動部７は、制御部６から送信される制御信号に基づき図２のコイル２ｂ、２ｃに流す電流を制御してステッピングモーター２を駆動させる。図１の駆動部７は、例えば、駆動回路として構成される。ＣＰＵ６ａから駆動部７に送信される制御信号に基づき駆動部７は電源３の電圧を印加して図２のコイル２ｂ、２ｃを通電し、コイル２ｂ、２ｃが巻き付く電磁石（図示省略）を励磁させる。図１に示す駆動部７では、制御部６からの信号に応じて通電させる図２のコイル２ｂ、２ｃとコイル２ｂ、２ｃに流れる電流の方向を所定の順序で切り替えてステッピングモーター２を回転させる。
【００２８】
次に、図１に戻って、駆動部７がステッピングモーター２を駆動させる具体的な方法を説明する。電源３の電圧を測定部５が測定した測定電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｎ以上の場合には、ＣＰＵ６ａからの制御信号により、例えば、図２のコイル２ｂに電源３の電圧を印加してコイル２ｂに流れる電流を立ち上げる。この立ち上がった電流が図４に示すように目標値（ＩＯ）になると、駆動部７は間欠的にコイル２ｂに電圧を印加して（ＰＷＭ制御して）電流値が所定の範囲に収まる電流を図２のコイル２ｂに流す。これにより、コイル２ｂが通電してコイル２ｂが巻き付く電磁石が励磁し、励磁した電磁石に対応して回転子２ａが移動する。その後、励磁する対象をコイル２ｂ→コイル２ｃ→コイル２ｂ・・・と交互に切り替えるとともに、電流を流す方向を制御することで、ステッピングモーター２が一定の回転速度ｖｎで駆動する。
【００２９】
図１に戻って、電源３の電圧を測定部５が測定した測定電圧Ｖｍが、基準電圧Ｖｎ未満、かつ、最低電圧Ｖ０以上の場合には、ＣＰＵ６ａからの制御信号により、例えば、図２のコイル２ｂに電源３の電圧を印加してコイル２ｂに流れる電流を立ち上げる。この場合、図５に示すようにコイル２ｂに流れる電流が目標値（Ｉｏ）に立ち上がる時間が、コイル２ｂに印加する電圧が基準電圧Ｖｎである場合（図５の破線）よりＴ秒長くなる。よって、基準電圧Ｖｎをコイル２ｂに印加して励磁するためにコイル２ｂを通電させる時間よりもＴ秒長くコイル２ｂを通電してコイル２ｂが巻き付く電磁石を励磁し、励磁した電磁石に対応して回転子２ａが移動する。その後、励磁する対象をコイル２ｂ→コイル２ｃ→コイル２ｂ・・・と交互に切り替えるとともに、電流を流す方向を制御することで、ステッピングモーター２を駆動する。この場合、図３に示すように測定電圧Ｖｍの値に対応してステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１（コイル２ｂ、２ｃを通電させる時間）が設定される。具体的には、測定電圧Ｖｍの値が低いＶ０に向かうにつれてステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１が段階的に小さく（コイル２ｂ、２ｃを通電する時間が長く）なる。なお、測定電圧Ｖｍが、最低電圧Ｖ０未満の場合は、ＣＰＵ６ａからの制御信号に基づきステッピングモーター２の回転を停止させる。
【００３０】
次に図６のフローチャートに基づきＲＯＭ６ｃの制御プログラムＰの内容の一例を説明する。図６は、測定部５が測定した電源３の電圧である測定電圧Ｖｍに基づいて制御部６がステッピングモーター２の回転速度を制御する一連の処理である。図１のＲＯＭ６ｃの制御プログラムＰがＲＡＭ６ｂを作業領域としてＣＰＵ６ａに読み出され、実行される一連の処理である。この処理は、例えば、車両用空調装置が稼働し、ステッピングモーター２を駆動させる駆動信号をＣＰＵ６ａが受け取った後、車両用空調装置が停止するまで繰り返し実行される。
【００３１】
車両用空調装置が稼働してステッピングモーター２を駆動させるための駆動信号がＣＰＵ６ａに入力されると（Ｓ１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵ６ａは、ＲＡＭ６ｂから直近の測定電圧Ｖｍを読み出し、電源３の電圧を取得する。そして、ＣＰＵ６ａは、測定電圧Ｖｍが、（１）基準電圧Ｖｎ以上、（２）最低電圧Ｖ０未満、（３）最低電圧Ｖ０以上基準電圧Ｖｎ未満のいずれに該当するかを判定する（Ｓ２）。測定電圧Ｖｍが基準電圧Ｖｎ以上に該当する場合は、ステッピングモーター２を一定の回転速度ｖｎで駆動させるようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する（Ｓ３）。一方、測定電圧Ｖｍが最低電圧Ｖ０未満に該当する場合は、ステッピングモーター２の回転が停止するようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する（Ｓ４）。また、測定電圧Ｖｍが最低電圧Ｖ０以上基準電圧Ｖｎ未満に該当する場合は、図３に示す測定電圧Ｖｍの値に対応してステッピングモーター２の回転速度をｖ１〜ｖｎ−１の範囲で可変させる。具体的には、測定電圧Ｖｍに対応する回転速度ｖ１〜ｖｎ−１でステッピングモーター２が回転するようにＣＰＵ６ａが駆動部７に制御信号を送信する（図６のＳ５）。
【００３２】
以上の一連の処理が、例えば、車両用空調装置の稼働中に繰り返し実行される。制御システム１では、ステッピングモーター２を稼働させる電源３の電圧を測定した測定電圧Ｖｍが最低電圧Ｖ０以上の場合は、測定電圧Ｖｍに基づきステッピングモーター２の回転速度を可変させる（図６のＳ３、Ｓ５）。そのため、ステッピングモーター２を柔軟に制御することが可能となる。Ｓ５では、測定電圧Ｖｍが低下して測定電圧Ｖｍの値が図３のＶ０に向かうにつれてステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１が段階的に低下する。図５の破線（測定電圧Ｖｍ＝基準電圧Ｖｎ）と実線（測定電圧Ｖｍ＝基準電圧Ｖｎ未満）に示すように測定電圧Ｖｍが低下すると、コイル２ｂ、２ｃが巻き付く電磁石を励磁する電流が目標値（Ｉｏ）に立ち上がる速度が遅くなる。本実施態様では、測定電圧Ｖｍが低下するにつれてステッピングモーター２のコイル２ｂを通電させる時間を長くするため、コイル２ｂ、２ｃが巻き付く電磁石を励磁させることが可能となる。言い換えれば、測定電圧Ｖｍが低下するにつれてステッピングモーター２の回転速度ｖ１〜ｖｎ−１を遅くするため、測定電圧Ｖｍが低くてもステッピングモーター２が脱調させずに回転させること可能となる。図３に示すように各回転速度ｖ１〜ｖｎ−１に対応して測定電圧Ｖｍの範囲（例えば、Ｖ０以上Ｖ１未満などの各範囲）が設定される。そのため、ステッピングモーター２の回転中に測定電圧Ｖｍがわずかに変化しても、同じ回転速度ｖ１〜ｖｎ−１でステッピングモーター２を回転させることが可能となり、回転速度の制御が容易になる。
【００３３】
以上、本発明の実施の態様を説明したが、本発明はその具体的な記載に限定されることなく、例示した構成、処理等を技術的に矛盾のない範囲で適宜組み合わせて実施することも可能であるし、またある要素、処理を周知の形態に置き換えて実施することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１    制御システム                ２    ステッピングモーター
２ａ  回転子                      ２ｂ  コイル
２ｃ  コイル                      ３    電源
４    ＥＣＵ（制御装置）          ５    測定部
６    制御部                      ６ａ  ＣＰＵ
６ｃ  ＲＯＭ                      ７    駆動部
Ｐ    制御プログラム              Ｖｍ  測定電圧
Ｖ０  最低電圧                    Ｖｎ  基準電圧
【図１】
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【図２】
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【図３】
2017103883.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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