CN107517597B - 致动器的控制装置、致动器、泵驱动装置及致动器的控制方法 - Google Patents

致动器的控制装置、致动器、泵驱动装置及致动器的控制方法 Download PDF

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Abstract

设置于致动器的位置传感器内置有检测轴的位置的磁性检测元件、以及对用于修正磁性检测元件的温度特性的传感器内温度进行检测的温度检测元件。致动器的控制装置从位置传感器获取温度修正后的轴的位置和传感器内温度，并用于致动器的控制。

Description

致动器的控制装置、致动器、泵驱动装置及致动器的控制方法
技术领域
本发明涉及以直流电动机作为驱动源的致动器的控制装置、致动器、泵驱动装置及致动器的控制方法。
背景技术
致动器的驱动源所使用的直流电动机若因通电而导致线圈的温度上升，则性能降低。因此，以往，将独立的温度传感器设置于直流电动机来对温度进行检测(例如参照专利文献1)，或基于通电电流和通电时间来推测线圈温度，并基于该温度来限制向直流电动机的通电，从而防止性能降低。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：
日本专利特开2007-45325号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，在将温度传感器的检测值用于直流电动机的控制的情况下，存在以下问题：除了致动器以外，还需要独立的温度传感器。
另一方面，存在以下问题：间接推测出的线圈温度的精度比由温度传感器直接所检测出的温度的精度要低。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，除致动器以外无需设置独立的温度传感器，并获得精度比间接推测出的温度要高的致动器的内部温度。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明所涉及的致动器的控制装置包括：获取部，该获取部获取利用温度检测元件所检测出的传感器内温度进行温度修正后的轴的位置、及传感器内温度，所述温度检测元件内置于位置传感器；以及控制部，该控制部利用获取部所获取到的温度修正后的轴的位置及传感器内温度，来对致动器进行控制。
发明效果
根据本发明，获取由内置于位置传感器的温度检测元件所检测出的传感器内温度，因此，除致动器以外无需设置独立的温度传感器，并能获得精度比间接推测出的温度要高的致动器的内部温度。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的废气门致动器的结构例的剖视图。
图2是表示实施方式1的位置传感器的结构例的侧视图。
图3是表示实施方式1所涉及的废气门致动器的控制装置的结构例的框图。
图4是表示实施方式1所涉及的废气门致动器的控制装置所进行的动作的流程图。
图5是表示实施方式1所涉及的废气门致动器的控制装置的硬件结构例的图。
图6是表示本发明实施方式2所涉及的废气门致动器的控制装置的结构例的框图。
具体实施方式
下面，为了更详细地说明本发明，根据附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1.
以将本发明所涉及的致动器用作为对搭载于车辆的涡轮增压器的废气门(以下称为WG)泵进行驱动的WG致动器的情况为例来进行说明。
图1是表示实施方式1所涉及的WG致动器1的结构例的剖视图。致动器具有以下结构：利用来自发动机的废气来使涡轮旋转，对与该涡轮同轴连接的压缩机进行驱动以将进气进行压缩并提供给发动机。排气通路100的涡轮上游侧设置有使废气从排气通路100向旁通通路101释放的WG泵2，WG致动器1使WG泵2进行开闭来对从排气通路100流向旁通通路101的废气流入量进行调整，从而对涡轮的转速进行控制。此外，在图1中，用实线来表示WG泵2的全闭状态，用双点划线来表示全开状态。
WG致动器1包括：成为驱动源的直流电动机4；使WG泵2进行开闭的轴13；以及将直流电动机4的旋转运动转换为轴13的直线运动的螺钉机构12。直流电动机4包含：具有被磁化为多个N极和S极的磁体5的转子6；以及卷绕有线圈7的定子8。线圈7的端部上连接有电刷11b。转子6的一端侧可自由旋转地被轴承部14所支承，另一端侧固定有换向器9。
若向外部端子10施加电压，则电流经由与该外部端子10相连接的电刷11a而流向构成换向器9的多个换向器片中与电刷11a相接触的换向器片，电流经由与该换向器片电连接的电刷11b而流向线圈7。通过向线圈7进行通电，从而将转子8磁化为N极和S极，该定子8与磁体5的N极和S极互相排斥或吸引，由此使转子6旋转。随着转子6的旋转，通电的线圈7发生切换，从而定子8的极也发生切换，转子6持续旋转。若电流的流向相反，则转子6的旋转方向也相反。
此外，在图1中，使用带电刷的DC电动机来作为直流电动机4，但也可以使用无刷DC电动机。
在转子6的内部设有用于配置轴13的孔，在孔的内周面上形成有内螺纹部12a，在轴13的外周面上形成有外螺纹部12b。该外螺纹部12b拧入内螺纹部12a而与之相结合，将转子6的旋转运动转换为轴13的直线运动。利用这些内螺纹部12a和外螺纹部12b来构成螺钉机构12。轴13的一端侧贯穿外壳15，并经由连杆机构3与WG泵2相连结。在轴13的另一端侧设置有对该轴13的轴向上的位置进行检测的位置传感器16等。
连杆机构3具有2片板材3a、3b。板材3a的一端侧安装有轴13，另一端侧的支点3c上可自由转动地安装有板材3b的一端侧。在该板材3b的另一端侧上安装有WG泵2。若通过朝一个方向旋转转子6来使轴13朝着向外壳15外挤压的方向进行移动，则板材3a也朝相同方向进行移动，板材3b与WG泵2以支点3c为中心进行转动，WG泵2朝开阀方向进行移动。若通过朝相反方向旋转转子6来使轴13朝着向外壳15内拉入的方向进行移动，则板材3a也朝相同方向进行移动，板材3b与WG泵2以支点3c为中心进行转动，WG泵2朝闭阀方向进行移动。
在轴13上形成有二平面等，以作为旋转限制部13a来起作用。另外，在贯穿轴13的外壳15的孔的内周面上与该旋转限制部13a的形状相对应地形成有二平面等的引导部15a。旋转限制部13a与引导部15a进行滑动，从而对轴13对应于转子6的旋转而发生的旋转运动进行限制，进行支撑以使得轴13直线移动。在引导部15a的端部上，形成有朝轴13一侧突出的止动部15b，具有从轴13突出的形状的抵接部13b与该止动部15b相抵接，从而对轴13的过度向开阀方向的直线移动进行限制。同样地，在螺钉机构12的端部上设置有作为止动部15c而起作用的板材，作为抵接部13c而起作用的轴13的端面与止动部15c相抵接，从而对轴13的过度向闭阀方向的移动进行限制。
图2是表示实施方式1的位置传感器16的结构例的侧视图。
作为轴13的止动部15c而起作用的板材上贯穿有比轴13外径要小的孔，在该孔中通过有传感器用轴17，传感器用轴17的端面与轴13的端面相抵接。由此，传感器用轴17也与轴13的轴向的往复运动相对应地进行往复运动。传感器用磁体18的磁通流过设置于其周围的传感器用定子19，并通过位置传感器16。该传感器用轴18固定于传感器用磁体17，传感器用磁体18相对于位置传感器16的位置随着轴13的往复运动而发生变化，从而通过位置传感器16的磁通密度也发生变化。
图3是表示控制装置20的结构例的框图。
位置传感器16中内置有磁性检测元件16a和温度检测元件16b。磁性检测元件16a为霍尔元件或磁阻元件等，温度检测元件16b为热敏电阻等。磁性检测元件16a对伴随轴13的往复运动而变化的磁通密度进行检测，并将其转化成轴13的实际行程位置。磁性检测元件16a具有磁性灵敏度(magnetic sensitivity)取决于温度的特性，因此，位置传感器16利用温度检测元件16b来检测传感器内温度，以对磁性检测元件16a的温度特性进行修正。该位置传感器16例如利用SENT(Single Edge Nibble Transmission：单边半字节传输)方式，向控制装置20输出表示对温度特性进行修正后的实际行程位置以及该修正所使用的传感器内温度的数字信号。此外，从位置传感器16向控制装置20的输出并不局限于像SENT那样的数字信号，也可以是模拟信号。
发动机控制单元包括发动机控制部21和控制装置20，关于除此以外的结构省略图示和说明。发动机控制部21将轴13的目标行程位置输出到控制部22。
在图3的示例中，构成为将控制装置20的功能作为发动机控制单元的一项功能来实现，但也可以将控制装置20构成作为独立的电子控制单元，或者，也可以作为电路基板而组装至WG致动器1的内部。
控制装置20包括控制部22、电动机驱动器23、获取部24和异常判定部25。
获取部24从位置传感器16获取轴13的实际行程位置和传感器内温度的数字信号。获取部24将获取到的实际行程位置输出到控制部22，将传感器内温度输出到异常判定部25。此外，获取部24从位置传感器16所获取到的实际行程位置是在位置传感器16中已经过温度修正后的位置。
实施方式1的控制装置20推测为由温度检测元件16b所检测出的传感器内温度与WG致动器1的内部温度相等，如以下所说明的那样，基于该传感器内温度来对WG致动器1的温度异常进行判定。
异常判定部25将从获取部24接收到的传感器内温度与预先设定的温度阈值进行比较。异常判定部25在传感器内温度高于温度阈值的情况下，判定为WG致动器1处于异常温度，在传感器内温度为温度阈值以下的情况下，判定为WG致动器1处于正常温度，将判定结果输出至控制部22。温度阈值是WG致动器1正常工作的温度的上限值(例如100度)，例如是能防止因向直流电动机4进行通电或使用环境温度而导致WG致动器1的内部温度上升从而无法确保WG致动器1所需要的性能的情况、或引起熔融损耗(melt damage)的情况等的温度。另外，也可以对温度阈值设置迟滞，若传感器内温度超过温度阈值的上限值(例如100度)则判定为异常温度，若传感器内温度低于温度阈值的下限值(例如50度)则判定为正常温度。
控制部22从异常判定部25接收表示异常温度或正常温度的判定结果的通知。
在从异常判定部25发出正常温度的判定结果的通知的情况下，控制部22对轴13的行程位置进行反馈控制，使得从获取部24接收到的实际行程位置接近从发动机控制部21接收到的目标行程位置。对轴13的行程位置进行反馈控制，从而对与轴13相连结的WG泵2的开度进行调整。例如在进行PID控制的情况下，控制部22对目标行程位置与实际行程位置之间的偏差进行计算，求出与偏差相对应的比例项、积分项和微分项的各操作量并计算出驱动Duty(占空比)，生成与驱动Duty相对应的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)控制信号并将其输出至电动机驱动器23。
在从异常判定部25被通知了异常温度的判定结果的情况下，控制部22生成对向直流电动机4的通电进行限制的PWM控制信号，并将其输出至电动机驱动器23。作为限制向直流电动机4的通电的温度保护控制，例如将由上述反馈控制所求出的驱动Duty限制为比该驱动Duty要低的Duty，从而降低通电电流，或者将该驱动Duty限制为0，从而停止通电。利用该温度保护控制，来对WG致动器1的过度的温度上升进行抑制，防止WG致动器1的性能下降和熔融损耗等。
此外，发动机控制部21也可以构成为从异常判定部25接收表示异常温度的判定结果的通知，将限制向直流电动机4的通电的指示输出至控制部22。在采用该结构的情况下，控制部22根据从发动机控制部21所接收到的指示，与上述相同地将由反馈控制所求出的驱动Duty限制为比该驱动Duty要低的Duty，从而使通电电流下降，或将该驱动Duty限制为0，从而停止通电。
电动机驱动器23根据从控制部22接收到的PWM控制信号来对施加于直流电动机4的电压进行通断控制，从而对向直流电动机4通电的电流进行调整。
图4是表示控制装置20的动作的流程图。
获取部24从位置传感器16获取轴13的实际行程位置和传感器内温度(步骤ST1)。异常判定部25将由温度检测元件16b所检测出的传感器内温度与预先设定的温度阈值进行比较(步骤ST2)，在传感器内温度高于温度阈值的情况下(步骤ST2“是”)，判定为WG致动器1处于异常温度，并向控制部22进行通知(步骤ST3)。接收到该通知的控制部22进行温度保护控制，从而对向直流电动机4的通电进行限制(步骤ST4)。
另一方面，在传感器内温度为温度阈值以下的情况下(步骤ST2“否”)，异常判定部25判定为WG致动器1处于正常温度，并向控制部22进行通知(步骤ST5)。接收到该通知的控制部22进行通常的反馈控制(步骤ST6)。
下面，利用图5来对控制装置20的硬件结构例进行说明。
电动机驱动器23由对施加于直流电动机4的电压进行通断的开关元件等来构成。在位置传感器16是输出SENT方式的数字信号的类型的情况下，获取部24是接收数字信号的接收装置42。在位置传感器16是输出模拟信号的类型的情况下，获取部24是A/D转换器43。控制装置20只要根据位置传感器16的输出类型来具备接收装置42或A/D转换器43中的一个即可。
控制部22和异常判定部25利用执行存储于存储器40的程序的处理器41来实现。处理器41是CPU或系统LSI等处理电路。存储器40除了上述程序以外，还存储有用于对WG致动器1的内部温度是异常还是正常进行判定的温度阈值等。此外，也可以由多个处理器及多个存储器协作来执行上述功能。
如上所述，根据实施方式1，控制装置20构成为包括：获取部24，该获取部24获取利用内置于位置传感器16的温度检测元件16b所检测出的传感器内温度进行温度修正后的轴13的位置和传感器内温度；以及控制部22，该控制部22利用获取部24所获取到的轴13的位置和传感器内温度，来对WG致动器1进行控制，因此，除致动器以外无需设置独立的温度传感器，并能获得精度比间接推测出的温度要高的致动器的内部温度。此外，通过使用高精度的内部温度，从而能高精度地执行致动器的控制。
另外，根据实施方式1，异常判定部25在获取部24所获取到的传感器内温度高于温度阈值的情况下，判定为WG致动器1的内部温度异常，从而能高精度地进行致动器的温度保护控制。
实施方式2.
图6是表示本发明实施方式2所涉及的WG致动器1的控制装置20的结构例的框图。在图6中，对与图3中相同或相当部分标注相同标号，并省略说明。另外，由于实施方式2所涉及的控制装置20的控制对象即WG致动器1具有与上述实施方式1相同的结构，因此，以下援用图1和图2。
实施方式2的控制装置20包括对直流电动机4的线圈7的温度进行推测的线圈温度推测部26。以下，将直流电动机4的线圈7的温度称为“线圈温度”。作为线圈温度的推测方法，例如使用对从电动机驱动器23向直流电动机4的线圈7进行通电的电流值和通电时间进行检测来推测线圈温度等公知的技术即可。线圈温度推测部26将所推测出的线圈温度输出至温度修正部27。
但是，由于线圈温度推测部26完全不使用实测的温度，而是间接地对线圈温度进行推测，因此，精度不高。因此，所推测出的线圈温度与WG致动器1之间的偏差也有可能大到无法供实用。因此，在实施方式2中，利用内置于位置传感器16的温度检测元件16b所检测出的传感器内温度来对线圈温度推测部26所推测出的线圈温度进行修正，以提高精度。具体而言，温度修正部27利用从获取部24接收到的传感器内温度和从线圈温度推测部26接收到的线圈温度，来对WG致动器1的内部温度进行推测，并将其输出至异常判定部25a。温度修正部27例如对传感器内温度和线圈温度的简单平均(simple average)或加权平均进行计算，将所计算出的平均值推测为WG致动器1的内部温度。
异常判定部25a对从温度修正部27接收到的WG致动器1的内部温度与温度阈值进行比较，对WG致动器1是正常温度还是异常温度进行判定。
如上所述，根据实施方式2，控制装置20包括：线圈温度推测部26，该线圈温度推测部26对直流电动机4的线圈7的温度进行推测；以及温度修正部27，该温度修正部27利用获取部24所获取到的传感器内温度来对线圈温度推测部26所推测出的线圈7的温度进行修正，因此，与间接地推测线圈温度的情况相比，能提高推测精度。
接着，对实施方式2所涉及的控制装置20的变形例进行说明。
如上所述，由于线圈温度推测部26所推测出的线圈温度的推测精度不高，因此，即使利用温度检测元件16b所检测出的传感器内温度来对该线圈温度进行修正，也不一定会变得与WG致动器1的实际的内部温度相等。因此，在本变形例中，在温度检测元件16b所检测出的传感器内温度高于温度阈值的情况下，即使从温度修正部27接收到的WG致动器1的内部温度为温度阈值以下而表示为正常温度，也判定为WG致动器1处于异常温度。
具体而言，从获取部24直接向异常判定部25a输出传感器内温度。异常判定部25a首先对从获取部24接收到的传感器内温度与温度阈值进行比较，对WG致动器1是正常温度还是异常温度进行判定。异常判定部25a在判定处理中判定为WG致动器1处于异常温度的情况下，将异常温度的判定结果通知给控制部22。另一方面，在判定为WG致动器1处于正常温度的情况下，接着异常判定部25a将从温度修正部27接收到的WG致动器1的内部温度与温度阈值进行比较，对WG致动器1为正常温度还是异常温度进行判定。异常判定部25a在该判定处理中判定为WG致动器1处于异常温度的情况下，将异常温度的判定结果通知给控制部22。
如上所述，无论所推测出的线圈温度如何，在获取部24所获取到的传感器内温度高于温度阈值的情况下，异常判定部25a都判定为WG致动器1的内部温度出现异常，从而能更可靠地对WG致动器1的温度异常进行判定。
此外，本发明在其发明范围内，能够自由组合各实施方式，或者将各实施方式的任意构成要素进行变形，或者也可以在各实施方式中省略任意的构成要素。
在上述说明中，列举了WG泵来作为本发明所涉及的致动器所驱动的驱动对象物的一个示例，但并不局限于此，也可以是安装于发动机的废气再循环(EGR)泵、或者可变容量(VG：Variable Geometry(可变几何))涡轮增压器上所安装的可动叶片等。
另外，示出了利用连杆机构来将本发明所涉及的致动器的轴与驱动对象物相连结的结构，但也可以采用不使用连杆机构而将轴与驱动对象物直接连结的结构。
另外，也可以构成为包括本发明所涉及的致动器、作为驱动对象物的泵以及控制装置的泵驱动装置。
另外，在上述说明中，对将位置传感器所检测出的传感器内温度用于致动器的温度保护控制的示例进行了说明，但并不局限于该用途。
工业上的实用性
本发明所涉及的致动器的控制装置可获得高精度的致动器内部温度，因此，适用于以直流电动机为驱动源的致动器的控制装置。
标号说明
1 WG致动器
2 WG泵(驱动对象物)
3 连杆机构
3a、3b 板材
3c 支点
4 直流电动机
5 磁体
6 转子
7 线圈
8 定子
9 换向器
10 外部端子
11a、11b 电刷
12 螺钉机构
12a 内螺纹部
12b 外螺纹部
13 轴
13a 旋转限制部
13b、13c 抵接部
14 轴承部
15 外壳
15a 引导部
15b、15c 止动部
16 位置传感器
16a 磁性检测元件
16b 温度检测元件
17 传感器用轴
18 传感器用磁体
19 传感器用定子
20 控制装置
21 发动机控制部
22 控制部
23 电动机驱动器
24 获取部
25、25a 异常判定部
26 线圈温度推测部
27 温度修正部
40 存储器
41 处理器
42 接收装置
43 A/D转换器
100 排气通路
101 旁通通路

Claims (6)

1.一种致动器的控制装置，所述致动器具有轴、使所述轴沿轴向往复运动的直流电动机、及对所述轴的位置进行检测的位置传感器，所述致动器的控制装置的特征在于，包括：
获取部，该获取部利用温度检测元件所检测出的传感器内温度对内置于所述位置传感器的磁性检测元件的温度特性进行修正，并获取进行温度修正后的所述轴的位置、及所述传感器内温度，所述温度检测元件内置于所述位置传感器；以及
控制部，该控制部利用所述获取部所获取到的温度修正后的所述轴的位置及所述传感器内温度，来对所述致动器进行控制。
2.如权利要求1所述的致动器的控制装置，其特征在于，包括：
线圈温度推测部，该线圈温度推测部对所述直流电动机的线圈的温度进行推测；以及
温度修正部，该温度修正部利用所述获取部所获取到的传感器内温度来对所述线圈温度推测部所推测出的所述线圈的温度进行修正，
所述控制部利用所述获取部所获取到的温度修正后的所述轴的位置及所述温度修正部所修正后的温度，来对所述致动器进行控制。
3.如权利要求1所述的致动器的控制装置，其特征在于，
包括异常判定部，该异常判定部在所述获取部所获取到的传感器内温度比温度阈值要高的情况下，判定为所述致动器的内部温度发生异常。
4.一种致动器，其特征在于，包括：
轴；
直流电动机，该直流电动机使所述轴沿轴向往复运动；
位置传感器，该位置传感器对所述轴的位置进行检测；以及
如权利要求1所述的控制装置。
5.一种泵驱动装置，其特征在于，包括：
致动器，该致动器具有轴、使所述轴沿轴向往复运动的直流电动机、及对所述轴的位置进行检测的位置传感器；
泵，该泵由所述致动器来进行驱动；以及
如权利要求1所述的控制装置。
6.一种致动器的控制方法，其特征在于，
具有轴、使所述轴沿轴向往复运动的直流电动机、及对所述轴的位置进行检测的位置传感器的致动器的控制装置利用内置于所述位置传感器的温度检测元件所检测出的传感器内温度对内置于所述位置传感器的磁性检测元件的温度特性进行修正，并获取进行温度修正后的所述轴的位置、及所述传感器内温度，利用该所获取到的温度修正后的所述轴的位置及所述传感器内温度，来对所述致动器进行控制。
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