JP2002286149A

JP2002286149A - バルブ制御方法

Info

Publication number: JP2002286149A
Application number: JP2001083305A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Miyagawa; 誠一宮川; Jiro Hanano; 二朗花野
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-03-22
Filing date: 2001-03-22
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】ステッピングモータの原点合わせを突き合わ
せ以外の新しい手段で行うようにする。【解決手段】ステッピングモータのバルブ位置（Ｎ3
）を電子センサで確認し、この位置に相当するステッ
プ数（Ｎ3 ）だけマイナス方向（ＣＣＷ方向）にステッ
ピングモータを回動させて初期原点合わせをする。電子
センサがエラーのときは突き合わせにより初期原点合わ
せをする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はバルブ制御方法に関
し、特に詳述すれば、ガスヒートポンプに用いられる水
三方弁を開閉させるステッピングモータの制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ステッピングモータは印加されるパルス
電流の数（ステップ数ともいう）に比例したバルブ開度
が得られることから水三方弁の如き切換弁に利用され
る。その一例が特開平１１−３２５６４７号公報に開示
されている。この例はヒートポンプのスロットルバルブ
の開度制御にステッピングモータを用いたものである。
この公報に開示されるステッピングモータの原点合わせ
と弁体やその受座に付着した異物除去の考えを、図５を
用いて説明する。尚、以下使用するパルス数（ステップ
数ともいう）の値は単に説明を簡易にするために用いて
いるもので、他の意味は全くない。

【０００３】ステッピングモータがステップ数３００で
停止すると、一定時間（Ｔ１）を経た後ステップ数３５
０戻して（マイナス方向へ作動）弁体をバルブ受座に当
接させ閉状態を作る。これによりステッピングモータの
初期原点位置の０が検出される（いわゆる突き合わ
せ）。次に、ステッピングモータにステップ数５００を
加え、バルブ開状態を作り、さらに、マイナスステップ
数５００を加え、バルブ閉を作り作動原点合わせをす
る。ここで、弁体や弁座に付着した異物が除去される。
更にステッピングモータをステップ数５０だけプラス方
向に作動し、弁体を弁座に当接させない待機状態を作
る。

【０００４】前述した作業手順を図５に実線で示した
が、ステッピングモータを再度前回の停止位置に戻し同
じ作動を繰り返して行なうこともある（一点鎖線で示
す）。又、一点鎖線の作動を次のヒートポンプ運転開始
前に行なうこともある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述した如く、ステッ
ピングモータにより開閉作動させられるバルブにおいて
は突き合わせにより初期原点合わせを行なっているが、
その際の突き合わせによりステッピングモータやバルブ
不具合を発生させる可能性がある。

【０００６】それ故に、本発明は、前述した従来技術の
問題点を解消させることを解決すべき課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述した課題
を解決するために、バルブの全開位置に相当するステッ
ピングモータの位置を電子センサで検出し、この位置の
ステップ数相当分マイナス方向（ＣＣＷ方向）に戻して
ステッピングモータの初期原点位置を検出し、さらに、
電子センサのエラー時ステッピングモータの最終位置か
ら全開位置のステップ数以上にステッピングモータをマ
イナス方向（ＣＣＷ方向）へ回動させ、メカストップに
よる当接即ち突き合わせによる初期原点合わせを行なう
技術手段を採用する。

【０００８】この手段の採用は電子センサにエラーが出
ても、ヒートポンプを停止させることなく、冷房や暖房
の空調をユーザに供給しつづけ得る。この間エラー表示
に従って、必要な補修をすることになるが、その間の突
き合わせはバルブやステッピングモータに不具合を生じ
させるほどの繰り返しとはならない。従って、突き合わ
せによるバルブやステッピングモータの耐久性に悪影響
は出ない。

【０００９】本発明によれば、バルブ閉位置に相当する
ステップ数Ｎ1 の初期原点に対してヒステリシス分補償
したステップ数Ｎ1 ＋ｎ1 の作動原点と、バルブ全開位
置に相当するステップ数Ｎ3 ＋ｎ4 の全開位置との間を
段階的に移動するステッピングモータを用いてのバルブ
制御方法であって、電子センサにより位置検知し、かつ
初期原点のステップ数Ｎ1 以下のステップ数Ｎ1 −ｎ2
の位置で全閉側メカストップを行わせることを特徴とす
るバルブ制御方法が提供される。

【００１０】この方法では、電子センサにより所定位置
を検出し、その位置でのステップ数だけステッピングモ
ータをマイナス方向に戻して原点合わせをしているの
で、突き合わせによる不具合から開放される。

【００１１】好ましくは、電子センサにエラーが生じた
ときステッピングモータの最終位置のステップ数をステ
ップ数Ｎ3 ＋ｎ4 （９００）より大のステップ数（１０
００）と認識させること、全閉側メカストップ位置のス
テップ数Ｎ1 −ｎ2 移動させること、全閉側メカストッ
プを行った後ステップ数Ｎ1 ＋ｎ1 の作動原点へ移動さ
せることよりなる。これにより、電子センサにエラーが
生じたとき、初めて突き合わせによる原点合わせを行な
う。しかし、この期間（エラーの修復までの間）は、突
き合わせによってバルブやステッピングモータを不具合
とさせる程長くはなく、その耐久性は維持される。

【００１２】さらに、好ましくはバルブはガスヒートポ
ンプの水三方弁であり、電子センサはホールＩＣであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】図４に示すガスヒートポンプ（Ｇ
ＨＰ）は、エンジン１を空気と燃焼ガスとをガスミキサ
ー２で混合したものを燃料として運転される。その高温
冷却水は冷却水回路８内を水ポンプ４により循環する。
エンジン１からの高温冷却水は電動式水三方弁３により
ラジエータ５と二重管式熱交換器６とに分配されて流れ
る。図４の例はエンジン１から出る高温冷却水を熱源と
するもので、高温冷却水の流れの向きを切換える水三方
弁７は、ステッピングモータを用い、印加されたパルス
電流の数に比例した弁開度を得ている。

【００１４】この水三方弁７に用いられるステッピング
モータの原点位置合わせの制御について述べる。尚、以
下の説明中に使用されるステップ（パルス）数は説明を
簡易にするために単に例示するのみで、本発明を限定す
るものでない。ステップＳ１で電源オンでステッピング
モータの運転が開始され、現在位置（バルブ停止位置）
のステップ数Ｎ2 を判定する（ステップＳ２）。ステッ
プ数Ｎ2 が５００以上であれば、ステップＳ３でステッ
プ数３００だけマイナス方向（ＣＣＷ方向）にステッピ
ングモータを回動させ、一旦ステップ数を７５０以下と
させる。これは、ホールＩＣのある所定位置Ｎ3 よりも
小さいステップ数の位置へ確実に移すためである。ステ
ップＳ２でステップ数が５００以下と判定すればＳ４へ
移る。ステップＳ３により、たとえば、万一誤ってホー
ルＩＣより大きいステップ位置にあってもステップ数３
００戻すことにより確実にホールＩＣより小さい位置に
戻してからＣＷ方向に移動させることができる。かくし
て、ホールＩＣによる位置検出がより確実となる。

【００１５】ステップＳ４でステップ数５００以下のス
テッピングモータをプラス即ちＣＷ方向に回動させ、ス
テップＳ５で電子センサとしてのホールＩＣにより所定
位置を検出する。この所定位置をホールＩＣ位置と称す
る。本例ではステップ数をＮ3 （７５０）としている。
ホールＩＣ位置が検出されるとステッピングモータをそ
の位置に止める（ステップＳ６）。次にバルブ全開位置
相当のステップ数Ｎ3 （７５０）だけマイナス方向（Ｃ
ＣＷ方向）へ戻し、ステップ数Ｎ1 の初期原点合わせを
する（ステップＳ７、ステップＳ８）。このＣＣＷ方向
へのステッピングモータの回動は、図３に示すヒステリ
シス線の矢印ＣＣＷ方向に沿って行なわれる。ステッピ
ングモータの位置がＮ1 のステップ数（実際にはゼロ）
の初期原点を示すか否かステップＳ９で判定する。も
し、ステップ数がＮ1 （実際にはゼロ）を示さなければ
ステップＳ８へ戻って再度ステッピングモータをＣＣＷ
方向へ回動させる。

【００１６】ステップＳ９でステッピングモータの初期
原点合わせの作動が完了したと判定すると、ステッピン
グモータを一旦停止させる（ステップＳ１０）。次い
で、ヒステリシス分のステップ数Ｎ1 ＋ｎ1 （この例で
はステップ数６０）だけプラス方向即ちＣＷ方向にステ
ッピングモータを回動させ（ステップＳ１１）、ステッ
プＳ１２で、ステッピングモータがステップ数Ｎ1 ＋ｎ
1 （この例ではステップ数６０）の作動原点位置にいる
か否か判断する。もし、ステップ数６０の作動原点にい
ればステッピングモータを停止させる（ステップＳ１
３）。ステップ数６０の位置にステッピングモータがき
ていなければステップＳ１１へ戻りＣＷ方向にステッピ
ングモータを再駆動させる。ステッピングモータの作動
原点合わせ作業が完了すると、通常のバルブ開閉信号に
従ってステッピングモータが原点より駆動されることに
なる（ステップＳ１４）。

【００１７】バルブ閉位置に相当するステップ数Ｎ1 の
初期原点に対してヒステリシス分補償したステップ数Ｎ
1 ＋ｎ1 の作動原点と、バルブ全閉位置に相当するステ
ップ数Ｎ3 ＋ｎ4 の全開位置との間をステッピングモー
タが段階的に移動する通常運転（ステップＳ１４）の一
例を説明する。たとえば、ステッピングモータがステッ
プ数４００の位置からステップ数３００の位置へ移動す
る場合、先ずはマイナス方向（ＣＣＷ方向）にステップ
数１６０（ヒステリシス補償分のステップ数６０を含
む）移動させ、次いで、プラス方向（ＣＷ方向）へステ
ップ数６０（Ｎ1 ＋ｎ1 相当）移動させる。このような
制御をすることによりステッピングモータの最終位置を
図３のＣＷで示す線上とさせ得る。

【００１８】ステップＳ５でホールＩＣ位置（この例で
は７５０）を検出しないときは、ステップ数９００まで
駆動させ（ステップＳ１５）、それでもホールＩＣ位置
を検出しないときはエラー表示（ステップＳ１６）を出
し、電子センサとしてのホールＩＣの故障を知らせる。
次に「メカストップによる原点合わせ」（ステップＳ１
７）に進み、そのステップ数Ｎ3 ＋ｎ4 （この例では９
００）をステップ数１０００と認識させる（ステップＳ
１８）。ステップ数１０００を認識した後、ステップ数
Ｎ1 −ｎ2 へ後述する如く戻し、全閉側メカストップを
行わせる。このような切換えにより、図４に示す如きガ
スヒートポンプの水三方弁７にこのステッピングモータ
を用いても、エラー表示に係らず、冷房または暖房の空
調を停止させることなく継続して運転状態とさせ得る。
尚、この切換えの期間は、ホールＩＣやエンコーダ等の
電子センサの取換作業の間という短いものなので、ステ
ッピングモータやバルブの耐久性に悪影響を与えない。

【００１９】図２を参照してメカストップによる全開位
置検知をベースとした初期原点合わせ（ステップＳ１
７）の作業手順を説明する。電子センサとしてのホール
ＩＣが故障すると、ステッピングモータの現在位置のス
テップ数を１０００（ステップ数Ｎ4 相当）と認識した
（ステップＳ１８）上で、ステッピングモータをＣＣＷ
方向へ戻す（ステップＳ１９）。ステッピングモータの
現在位置のステップ数が−６０（Ｎ1 −ｎ2 相当）を示
したとき、全閉側メカストップによりステッピングモー
タを停止させる（ステップＳ２０、ステップＳ２１）。
ここで、突き合わせによる初期原点合わせが行なわれ
る。次いで、ＣＷ方向にステッピングモータを回動させ
ヒステリシス分（ステップ数１２０相当）戻す（ステッ
プＳ２２、ステップＳ２３）。ステップ数Ｎ1 ＋ｎ1 相
当のステップ数６０になるまでこの作動を繰り返す。こ
の作動は図３に示される。

【００２０】前述した如く、ステッピングモータはどの
位置にいようが、そこをステップ数１０００と認識さ
せ、全閉側メカストップ位置相当のステップ数−６０
（ステップ数Ｎ1 −ｎ2 相当）迄移動させる。これによ
り必ず全閉側メカストップを受けてそれ以上の移動はな
い。図３の例では、全開側メカストップをステップ数９
３０（ステップ数Ｎ3 ＋ｎ3 相当）としているので、こ
の位置にステアリングモータが位置していたとしてもメ
カストップ数１０６０迄は必ずマイナス方向（ＣＣＷ方
向）へ戻るので、全閉側メカストップを受けることにな
る。ここからステップ数１２０（ステップ数Ｎ1 −ｎ2
とＮ1 ＋ｎ1 との和相当）プラス方向（ＣＷ方向）へ移
動させ、ステップ数Ｎ1 ＋ｎ1 の作動原点を得ることに
なる。以上から明らかなように、電子センサにエラーが
出ても、エラーが生じない場合と同様に作動原点（ステ
ップ数Ｎ1 ＋ｎ1 相当）を得ることができ、正常なバル
ブ開閉操作が可能となる。これは、本発明をガスヒート
ポンプの空調に用いたとき空調を中断する必要がないの
で有利である。

【００２１】ステッピングモータのＣＷ線（図３参照）
に沿った作動原点を得た後、ステッピングモータを停止
させ、通常のバルブ制御の作動に入る（ステップＳ２
４、ステップＳ２５）。

【００２２】前述したステッピングモータの制御方法を
図４に示すガスヒートポンプの水三方弁に適用すると良
い。実際、水三方弁の弁座等へ付着した異物の除去は突
き合わせの手段では効率よくなされないので、他の手段
でこれをなし、電子センサによる全開位置検出、そのと
きのステップ数だけステッピングモータをマイナス方向
に回動させる手順で初期原点合わせすることで、水三方
弁を正確に開閉させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ステッピングモータの作業手順を示すフローチ
ャートである。

【図２】電子センサにエラーが出たときの突き合わせに
よる原点合わせの手順を示すフローチャートである。

【図３】ステップ数とバルブの開度を示すグラフ図であ
る。

【図４】エンジンの排熱を利用したガスヒートポンプの
構成を示す説明図である。

【図５】従来例の突き合わせと原点合わせの作業手順を
示すグラフ図である

【符号の説明】

１エンジン７電動水三方弁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】バルブ閉位置に相当するステップ数Ｎ1
の初期原点に対してヒステリシス分補償したステップ数
Ｎ1 ＋ｎ1 の作動原点と、バルブ全開位置に相当するス
テップ数Ｎ3 ＋ｎ4 の全開位置との間を段階的に移動す
るステッピングモータを用いてのバルブ制御方法であっ
て、電子センサにより位置検知し、かつ初期原点のステ
ップ数Ｎ1 以下のステップ数Ｎ1 −ｎ2 の位置で全閉側
メカストップを行わせることを特徴とするバルブ制御方
法。
【請求項２】電子センサにエラーが生じたときステッ
ピングモータの最終位置のステップ数をステップ数Ｎ3
＋ｎ3 より大のステップ数と認識させること、全閉側メ
カストップ位置のステップ数Ｎ1 −ｎ2 へ移動させるこ
と、全閉側メカストップを行った後ステップ数Ｎ1 ＋ｎ
1 の作動原点へ移動させることを特徴とする請求項１記
載のバルブ制御方法。
【請求項３】バルブがガスヒートポンブの水三方弁で
ある請求項１又は２記載のバルブ制御方法。
【請求項４】電子センサがホールＩＣである請求項３
記載のバルブ制御方法。