説明

ステッパモータの停止制御方法

【課題】2相励磁方式のステッパモータにおいて、停止直前に通電していた固定子の巻線と異なる巻線に通電して2相を励磁して回転子を停止する場合に、通電する巻線を変更すると、その変更の際にどの巻線にも通電されない期間が生じるために、回転子を停止させるまでに時間がかかった。
【解決手段】2相を同時に励磁して回転子を回転させ、停止位置に対応する1相を励磁して回転子の停止を行うステッパモータの停止制御方法において、ステッパモータへの停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁を所定期間維持し、その後は、停止のための1相以外の1相の励磁を停止する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステッパモータの停止制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、駆動用のパルス信号の回数(ステップ数)と周期とによって回転角度と回転速度とが決まるステッパモータにおいて、例えば4個の固定子の巻線の2個を同時に励磁して回転子を回転させる、2相励磁方式と呼ばれる励磁方式が知られている。この2相励磁方式では、一般的には、4個の固定子巻線のうちの1相の巻線に対して通電することにより、回転子を停止位置に停止させるように制御している。
【0003】
これに対して例えば、特許文献1に記載のものでは、2相励磁方式において、回転子の停止を、停止の直前において通電された巻線の次に励磁のために通電される2個の巻線に対して、セットリングタイム以上に通電することで実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平8‐19297公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところが、このような構成のものであると、停止のために通電する2個の巻線と回転のために最終に通電された2個の巻線とは、1個の巻線しか一致しないので、回転子が停止する場合の応答性が低下する。すなわち、駆動のための最終励磁における通電期間と、停止のための励磁における通電期間との間に非通電期間が存在するために、回転子を停止させるまでに時間がかかるものとなる。
【0006】
さらに、停止時に2個の巻線に印加された励磁電圧は、セットリングタイム以上の所定時間の経過後に印加されなくなるので、回転子の停止位置を保持する性能が低下する。このことは例えば、自動車のエンジンの近傍においてステッパモータを使用する場合、エンジンの振動により、その停止位置がずれることになる。あるいは例えば、排気ガス還流弁、いわゆるEGR弁に用いるステッパモータにあっては、駆動する弁体に作用する再循環する排気ガス(EGRガス)の流れによって停止位置がずれてしまうことがある。
【0007】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
すなわち、本発明のステッパモータの停止制御方法は、2相を同時に励磁して回転子を回転させ、停止位置に対応する1相を励磁して回転子の停止を行うステッパモータの停止制御方法において、ステッパモータへの停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁を所定期間維持し、その後は、停止のための1相以外の1相の励磁を停止することを特徴とする。
【0009】
このような構成であれば、前記停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁を所定期間維持することにより、その2相の励磁による位置に回転子は停止する。そしてその後は、1相のみを励磁して回転子の停止状態を維持する。したがって、回転子を停止させる際に、励磁状態が途切れることがないため、停止までに時間を無駄に費やすことがなく、確実に停止位置に回転子の回転を停止させることが可能になる。
【発明の効果】
【0010】
本発明は、以上説明したような構成であり、回転子の回転を停止させるに際して、励磁する相を変更しているだけであるので、1相あたりの励磁電圧を上げることなく、制動性能を向上させることができる。このため、慣性モーメントが同じであるステッパモータにあっては、通常の1相による停止制御を行っているものに比較して、高速で回転子を回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の実施形態のステッパモータの構造を示す模式図。
【図2】同実施形態のステッパモータの結線図。
【図3】同実施形態の停止制御手順を示すフローチャート。
【図4】同実施形態のステップ電圧のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【0013】
この実施形態のステッパモータ1は、図1に示すように、2相ステッパモータで、8個の巻線を有する固定子2と、その固定子2内に回転可能に配置される回転子3とを備える。この実施形態における固定子2の巻線4、5、6、7、8、9、10、11は例えば、中間タップを備えるユニポーラ型(図2)のもので、磁極として機能する突起12に巻かれる。そして、巻線4〜11は、向かい合った位置にある2個で1つの相を形成する。図1において、第1巻線4と第5巻線8とが第1相に、第2巻線5と第6巻線9とが第2相に、第3巻線6と第7巻線10とが第1相と位相が180度異なる逆第1相に、第4巻線7と第8巻線11とが第2相と位相が180度異なる逆第2相にそれぞれ対応する。
【0014】
このような構成において、ステッパモータ1は、いわゆる2相励磁方式により、各巻線4〜11に対して通電される。2相励磁方式は、常時2つの相を励磁しながらステッパモータ1を駆動するものである。そして、回転子3は、1つの相の巻線、例えば第1巻線4と第5巻線8とを励磁することで、静止状態を維持する。
【0015】
それぞれの巻線4〜11への通電を制御する制御装置(図示しない)は、マイクロコンピュータ、メモリ、入力インターフェース、出力インターフェースである励磁信号出力回路を備えている。励磁信号出力回路は、マイクロコンピュータからの命令により、各巻線4〜11に対して励磁信号であるステップ電圧を出力するものである。メモリには、ステッパモータ1の停止制御のための停止制御プログラムが格納してある。この停止制御プログラムは、ステッパモータ1への停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁を所定期間維持し、その後は、停止のための1相以外の1相の励磁を停止するよう構成してある。以下に停止制御プログラムの動作を、図3を交えて説明する。この停止制御プログラムは、ステッパモータ1が作動された時点に実行されて、回転子3の回転を停止した時点で終了する。
【0016】
まず、ステップS1では、停止信号を検知した否かを判定する。この停止信号は、ステッパモータ1が組み込まれている装置、例えばEGRバルブの開度を制御する電子制御装置から出力される信号である。停止信号を検知しない場合は、ステップS1を繰り返し実行して、ステッパモータ1の2相励磁を維持する。
【0017】
停止信号を検知した場合は、ステップSにおいて、2相励磁状態における経過時間を計測する。すなわち、経過時間は、1相目が励磁されているつまり例えば第1巻線4及び第5巻線8に通電している状態で、2相目のステップ電圧が立ち上がった時点つまり第2巻線5と第6巻線9とにステップ電圧が印加された時点から計測を開始し、停止信号を検知した時点で計測を終了して求める。したがって、ステッパモータ1の運転時は常時、各相のステップ電圧の立ち上がりエッジから経過時間を計時し、停止信号を検知しない場合は、次の相のステップ電圧の立ち上がりエッジのタイミングで計時をリセットする。
【0018】
ステップ電圧の立ち上がりエッジから停止信号の検知までの経過時間が得られた場合は、ステップS3において、計測した経過時間に基づいて、停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁維持のための所定期間を設定する。この所定期間は例えば、測定した経過時間が短いほど短く、長いほど長く設定する。つまり、回転子3を回転させるために2相励磁を実行した時間が長くなると、回転子3の加速度が大きくなるので、回転子3を停止させるためには、それに対応して停止のための2相励磁する時間を長くするものである。
【0019】
所定期間は、ステッパモータ1の温度が高温であるほど、長く設定する、あるいは、ステップ電圧を印加する際の電圧のばらつきの中で、ばらついた電圧が高くなるほど、長く設定する、あるいは、励磁電圧が低くなるほど、長く設定する。さらには、ステッパモータ1の速度や、回転子3の位置に応じて設定するものであってもよい。EGRバルブに用いられるステッパモータ1にあっては、ステッパモータ1の温度を直接測定する以外に、エンジンの温度例えば冷却水温度、潤滑油温度、あるいは吸入空気温度などに基づいて測定するものであってもよい。
【0020】
ステップS4では、設定した経過時間が経過したか否かを判定する。設定した経過時間が経過するまではステップS4を繰り返し実行し、所定時間が経過したと判定した場合は、ステップS5を実行する。ステップS5では、停止信号の検知以降に実行していた2相励磁から、その2相の励磁の内の先に励磁を開始していた方の1相の励磁を停止し、後から励磁を開始した1相の励磁を継続する。これにより、励磁の制御は、2相励磁から1相励磁に移行し、回転子は静止状態を持続する。
【0021】
以上の構成において、ステッパモータ1を、停止状態から運転し、その後停止する場合を、図4により説明する。
【0022】
ステッパモータ1は、第1相を励磁するステップ電圧SV1により回転子3が停止している。すなわち、回転子3を停止させるために、第1巻線4及び第5巻線8に対してステップ電圧SV1が印加してある。そして、ステップ電圧SV1が第1巻線4及び第5巻線8に印加されている間に第2相を励磁するつまり第2巻線5及び第6巻線9に対してステップ電圧SV2が印加されることで、回転子3が回転、つまりステッパモータ1が作動する。これにより、2相励磁が開始される。そして、この後、逆第1相及び逆第2相を順次励磁するべく、第3巻線6及び第7巻線10に対してステップ電圧SV3が、第4巻線7及び第8巻線11に対してステップ電圧SV4が、それぞれ順次印加され、2相励磁が継続される。この間、停止制御は、ステップS1を繰り返し実行するものである。
【0023】
この後、逆第2相と第1相とにおける2相励磁を実行している際に、停止信号を検知すると、ステップS2及びステップS3を実行して、逆第2相の第4巻線7及び第8巻線11に印加しているステップ電圧SV4を停止するまでの時間、つまり所定期間を設定する。この後、所定期間が経過するまではステップS4を実行し、所定期間が経過した時点で逆第2相の第4巻線7及び第8巻線11に印加しているステップ電圧SV4を停止して、第1相のみを励磁状態とする1相励磁に移行し、回転子3の停止状態を維持する。
【0024】
以上に説明した各相におけるステップ電圧SV1、SV2、SV3、SV4の印加タイミングに対応するモータ位置(回転子3の回転位置)を、図4において、実際の位相(実線)と目標の位相(点線)とで示している。この場合に、停止信号を検知した後、上述した所定期間2相励磁を実行することにより、ステッパモータが脱調する前に目標の位相に収束するようにモータ位置を制御することができる。図4に、脱調限界点を一点鎖線で示す。
【0025】
このように、回転子3の回転を停止させるために、停止信号を検出した時点において励磁していた2相、つまり第1相と第2相、第2相と逆第1相、逆第1相と逆第2相、逆第2相と第1相とのいずれかにより2相励磁を行って、2相励磁により回転子3に制動をかけ、所定期間後に1相励磁に移行しして回転子3の回転を停止するので、回転子3の停止のために、それまで回転のために励磁していた相以外を励磁する場合に比べて、無駄な時間が発生しない。したがって、短時間で確実に停止位置に回転子3を停止させることができ、応答性能を向上させることができるとともに脱調を防止することができる。
【0026】
しかも、回転子3を停止させるにあたって、1相あたりのステップ電圧の値を上げることなく制動性能を向上させることができるので、慣性モーメントが同じであるステッパモータにあっては、通常の1相による停止制御を行っているものに比較して、高速で回転子3を回転させることができる。
【0027】
また、停止信号を検知した後、2相励磁する時間すなわち所定期間を、停止信号を検知するまでの2相励磁の経過時間に応じて設定することで、必要最小限の時間にすることができ、エネルギの消費を抑えることができ、ステッパモータ1の熱害を抑制することができる。
【0028】
なお、このようなステッパモータ1における停止制御を例えばEGR弁に用いれば、エンジンの振動や駆動する弁体に作用するEGRガスの流れによって停止位置がずれてしまうといった不具合を抑制することができる。したがって、EGRガスの再循環量を精度よく制御することができるものとなる。
【0029】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【0030】
本発明の活用例として、例えば自動車のエンジンにおけるEGR弁が挙げられる。
【符号の説明】
【0031】
1…ステッパモータ
2…固定子
3…回転子
4…第1巻線
5…第2巻線
6…第3巻線
7…第4巻線
8…第5巻線
9…第6巻線
10…第7巻線
11…第8巻線

【特許請求の範囲】
【請求項1】
2相を同時に励磁して回転子を回転させ、停止位置に対応する1相を励磁して回転子の停止を行うステッパモータの停止制御方法において、
ステッパモータへの停止信号を検知した時点で励磁している2相の励磁を所定期間維持し、
その後は、停止のための1相以外の1相の励磁を停止するステッパモータの停止制御方法。
【請求項2】
所定期間は、停止信号の検知前における2相を励磁している間の経過時間に応じて設定する請求項1記載のステッパモータの停止制御方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−167006(P2011−167006A)
【公開日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−28983(P2010−28983)
【出願日】平成22年2月12日(2010.2.12)
【出願人】(000002967)ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【出願人】(000004260)株式会社デンソー (27,639)
【出願人】(000116574)愛三工業株式会社 (1,018)
【Fターム(参考)】