JP2004040912A - 電動アクチュエータシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの電動モータのオーバラン角度を小さくして初期設定を行う回数を低減する。
【解決手段】リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときにモータ停止回路２１２を作動させる。これにより、オーバラン角度を小さくすることができるので、モータ制御部２２０が停止した時の回転角度とモータ制御部２２０が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができる。したがって、初期位置設定の回数を低減することができるので、ストッパ５ａ及びアクチュエータ１００の大型化及び製造原価上昇を抑制できる。
【選択図】 図７
【解決手段】リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときにモータ停止回路２１２を作動させる。これにより、オーバラン角度を小さくすることができるので、モータ制御部２２０が停止した時の回転角度とモータ制御部２２０が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができる。したがって、初期位置設定の回数を低減することができるので、ストッパ５ａ及びアクチュエータ１００の大型化及び製造原価上昇を抑制できる。
【選択図】 図７
Description
【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】
電動アクチュエータシステムとして出願人は、電動モータの回転角度に応じて発生するパルス信号に基づいて電動モータの回転角を制御するパルス式エンコーダを利用したアクチュエータシステムの発明（特願２００１−１５６０３２）を既に出願している。
【０００３】
ところで、電動モータに駆動電流を供給するモータ駆動回部は、中央演算装置（ＣＰＵ）内のソフトウェア等からなるモータ制御部からの制御信号を受けて作動するが、上記出願に基づいて発明者等が試作検討した電動アクチュエータシステムでは、モータ制御部に供給される電圧が所定電圧以下となったときにモータ制御部を停止させ、その後、モータ制御部に供給される電圧が所定以上となったときにモータ制御部を再起動させるリセット回路を新たに設けている。
【０００４】
しかし、リセット回路が作動してモータ制御部が停止しても、電動モータのロータが有している慣性モーメント（イナーシャ）により電動モータは暫くの間は回転し続ける。
【０００５】
また、モータ制御部が停止した時から電動モータが実際に停止するまでの間は、パルス数を数えることができないため、この間のオーバラン量が多いときには、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの間に、どれだけ電動モータが回転したかを検出することができない。
【０００６】
なお、オーバラン量が所定の範囲内のときは、オーバランが開始された時、つまりモータ制御部が停止した時のパルスの状態からオーバラン後、つまり電動モータが実際に停止した後のパルスの状態を読みとってどれだけオーバランしたかを演算できるが、
このため、モータ制御部が停止した時の回転角度とモータ制御部が再起動した時の回転角度とが大きく相違すると、電動アクチュエータの回転角度を正確に制御することができない。
【０００７】
このとき、パルス信号に基づいて電動モータの回転角度を検出する手法は、抵抗式のポテンショメータと異なり絶対回転角度を検出することはできず、基準位置からのずれ量（相対回転角度）に基づいて回転角度を検出するため、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの間に、どれだけ電動モータが回転したかを検出することができないと、現在位置を検出することができない。
【０００８】
これに対しては、再起動毎に、ストッパ等の機械的な規制手段に衝突するまで電動アクチュエータを作動させて原点位置を確認し（以下、この行為を初期位置設定と呼ぶ。）、再起動後は、初期位置設定により求められた初期位置を作動原点として電動アクチュエータを制御する手法がある。
【０００９】
しかし、初期位置設定時には、ストッパ及び電動アクチュエータに衝突力が作用するので、再起動毎に初期位置設定を行うと、ストッパ及び電動アクチュエータに頻繁に衝突力が作用することとなる。
【００１０】
このため、ストッパ及び電動アクチュエータ等の機械的強度を増大させる必要性があるため、ストッパ及び電動アクチュエータ等の大型化及び製造原価上昇を招いてしまう。
【００１１】
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、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの電動モータの回転角度、つまりオーバラン角度を小さくし、第３には、初期設定を行う回数を低減することを目的とする。
【００１２】
【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、電動モータ（１１０）と、電動モータ（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（２３０）と、回転角度検出手段（２３０）が検出した回転角度に基づいて電動モータ（１１０）の作動を制御するモータ制御部（２２０）と、モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定電圧以下となったときにモータ制御部（２２０）を停止させ、その後、モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定以上となったときにモータ制御部（２２０）を再起動させるリセット手段（２４０）と、モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて電動モータ（１１０）を駆動させる駆動電流を電動モータ（１１０）に通電するモータ駆動回部（２１１）と、モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて電動モータ（１１０）を停止させるために電動モータ（１１０）に電気制動をかけるモータ停止回路（２１２）と、リセット手段（２４０）によりモータ制御部（２２０）が停止したときに、モータ停止回路（２１２）を作動させるリセット時制動手段（２５０）とを有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、電気制動をかけてオーバラン角度を小さくすることができるので、モータ制御部（２２０）が停止した時の回転角度とモータ制御部（２２０）が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができ、モータ制御部（２２０）が停止してからモータ制御部（２２０）が再起動するまでの間にどれだけ電動モータ（１１０）が回転したかを把握できる。
【００１４】
したがって、この場合には、初期位置設定を行わなくてもよいので、初期位置設定回数が減少し、電動アクチュエータの大型化及び製造原価上昇を抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、リセット手段（２４０）によりモータ制御部（２２０）が再起動させられた時のパルス信号に基づいて、回転角度検出手段（２３０）が保持している回転角度に関する情報を修正することを特徴とする。
【００１６】
これにより、再起動以後の電動アクチュエータの制御精度を高めることができる。
【００１７】
このとき、請求項３に記載の発明のごとく、モータ制御部（２２０）が再起動した時から所定時間はモータ制御部（２２０）からの指令信号によりモータ停止回路（２１２）を作動させることが望ましい。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、モータ制御部（２２０）は、モータ停止回路（２１２）に接続された２本の信号ラインそれぞれにＨｉ又はＬｏの信号を発信することによりモータ停止回路（２１２）を制御し、モータ停止回路（２１２）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号が流れたときに作動し、さらに、リセット時制動手段（２５０）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号を流することを特徴とするものである。
【００１９】
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。
【００２０】
【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を車両用空調装置のエアミックスドアの駆動装置に適用したものである。
【００２１】
ここで、エアミックスドア１とは、図１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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、アクチュエータ１００について述べる。
【００２４】
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（図示せず）から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、以下、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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（図示せず。）の負極側に電気的に繋がっている。
【００３０】
一方、ケーシング１４０側には、樹脂一体成形により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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、図７はアクチュエータ１００の電気制御部２００を示す模式図であり、モータ駆動部２１０は、モータ制御部２２０から指令信号に基づいて直流モータ１１０を駆動させる駆動電流を直流モータ１１０に通電するモータ駆動回部２１１、及びモータ制御部２２０から指令信号に基づいて直流モータ１１０を停止させる制動電流を直流モータ１１０に通電するモータ停止回路２１２からなるものである。
【００３４】
モータ制御部２２０は、モータ駆動回部２１１及びモータ停止回路２１２、つまりモータ駆動部２１０に接続された２本の信号ラインそれぞれにＨｉ又はＬｏの信号を発信することによりモータ駆動部２１０を制御し、モータ停止回路２１２は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号が流れたときに作動する。
【００３５】
また、回転角度検出器２３０は、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パルスエンコーダ式の回転角度検出手段であり、記憶回路２６０はＥＥＰＲＯＭ等の入力された情報を電力の供給を受けることなく各種制御情報を記憶保持する記憶装置である。
【００３６】
リセット判定回路２４０は、図８に示すように、モータ制御部２２０に供給される電圧が所定電圧以下となったときにリセット信号を発してモータ制御部２２０を停止させ、その後、モータ制御部２２０に供給される電圧が所定以上となったときにリセット信号を停止してモータ制御部２２０を再起動させるリセット手段である。
【００３７】
また、図７中、プルアップ抵抗２５０は、リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときに、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号を流してモータ停止回路２１２を作動させるリセット時制動手段である。
【００３８】
因みに、プルアップ抵抗２５０は、モータ制御部２２０及び回転角度検出器２３０等からなるマイクロコンピュータが停止したときのマイクロコンピュータのインピーダンスより小さな値に設定された電気抵抗である。このため、マイクロコンピュータが停止すると、プルアップ抵抗２５０からモータ制御部２２０にはＨｉ信号が流れる。
【００３９】
次に、アクチュエータ１００の概略作動を述べる。
【００４０】
直流モータ１１０が回転して出力軸１２７（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。
【００４１】
したがって、第１、２ブラシ１５５、１５６には、図９に示すように、直流モータ１１０が所定角度回転する毎に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２３０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。
【００４２】
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を構成している。
【００４３】
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。
【００４４】
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２３０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。
【００４５】
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、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、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２パルスずれた位置を作動基準として直流モータ１１０を制御する。
【００４６】
以下、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、その原点位置からずれた作動基準を設定する行為を「初期位置設定」と呼ぶ。因み、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する。
【００４７】
次に、本実施形態の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００４８】
本実施形態によれば、リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときにモータ停止回路２１２を作動させて直流モータ１１０の電機子を短絡させて電気制動をかけるので、オーバラン角度を小さくすることができる。
【００４９】
したがって、モータ制御部２２０が停止した時の回転角度とモータ制御部２２０が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができ、パルス信号検知回路を介してＣＰＵはアクチュエータ１００の位置を確認できるので、初期位置設定の回数を低減することができる。延いては、ストッパ５ａ及びアクチュエータ１００の大型化及び製造原価上昇を抑制できる。
【００５０】
なお、上記説明からも明らかなように、モータ停止回路２１２は、プルアップ抵抗２５０からＨｉ信号から流れてきたときに、少なくとも３パルス以内で直流モータ１１０が停止するような制動力を発生させる必要がある。
【００５１】
また、オーバラン角度を小さくすることができるものの、オーバラン角度を０°とすることは困難であるので、本実施形態では、図８に示すように、リセット判定回路２４０によりモータ制御部２２０が停止した時のパルス信号及びパルス数（作動基準から相対回転量）を記憶回路２６０又はＲＡＭに記憶し、この記憶したパルス信号及びパルス数、及びモータ制御部２２０が再起動した時のパルス信号に基づいて、回転角度検出器２３０が保持している回転角度に関する情報を修正してアクチュエータ１００の制御精度を高めている。
【００５２】
なお、本実施形態では、モータ制御部２２０が再起動した時から所定時間（例えば、５０ミリ秒）はモータ制御部２２０からの指令信号によりモータ停止回路２１２を作動させて再起動した時のパルス信号を正確に検出している。
【００５３】
（第２実施形態）
本実施形態は、図１０に示すように、複数個のアクチュエータ１００及び制御装置をデータ通信によるネットワークで繋ぎ、電気配線の本数を減少させた電動アクチュエータシステムに本発明を適用したものである。
【００５４】
なお、通信ラインには、所定のプロトコルで定められた手順に従って各アクチュエータ１００を制御するためのデータ信号及びパルス数に関するデータ信号がＣＰＵと各アクチュエータ１００との間で授受されており、各アクチュエータ１００は通信ラインを介して送信されるデータ信号に基づいて作動する。
【００５５】
そして、ワイヤハーネスＷ／Ｈには電源ＶＣＣ線と通信ラインとＧＮＤ線があり、コネクタ１０１内には通信用集積回路、モータ駆動回路及びパルス検知回路等が内蔵されている。
【００５６】
また、図１１は電源ＶＣＣの状態、通信ラインの中の電圧状態、通信用集積回路の作動状態を示すに示すタイムチャートであり、電源が立ち上がり、通信用集積回路が作動する。リセット信号が入力され、ＣＰＵがリセット状態となると、通信回路２２ａより通信ラインにＨｉ信号を出す。コネクタ１０１の通信用集積回路は、通信ラインのＨｉ信号が所定時間続くと（▲１▼の期間）、ＣＰＵに異常があったと判断してモータに発電ブレーキを作用させてモータを停止させる。
【００５７】
その後、ＣＰＵが復旧し、各アクチュエータ１００に対応するフレーム信号が来ると、通信用集積回路はＣＰＵ又はモータ制御部が通常作動していると判断するとともにアクチュエータ１００内のパルス式エンコーダの状態を読み込んで、どれだけモータ停止時にオーバランしたかを把握する。
【００５８】
フレーム信号が無くなり、再び通信ラインのハイ信号が所定時間続くと（▲２▼の期間）、ＣＰＵに異常があったと判断して電気制動を直流モータ１１０に作用させて直流モータ１１０を停止させる。
【００５９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、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、その後は、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を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば原点位置を作動基準としてもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、モータ制御部２２０が再起動した時から所定時間はモータ制御部２２０からの指令信号によりモータ停止回路２１２を作動させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ制御部２２０によるモータ停止回路２１２の作動を廃止しもよい。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
上述の実施形態では、出力軸１２７にパルス発生器１５８を設けたが、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１５８（パルスプレート１５３）用にさら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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
また、プルアップ抵抗２５０からＨｉ信号から流れてきたときに、少なくとも２パルス以内で直流モータ１１０を停止させて、減速ギアのバックラッシュによるがた分のずれを１パルス分で検出できるようにしてもよい。
【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制御の説明図である。
【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パルス信号チャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエータシステムの模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエータシステムの作動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２００…電気制御回路、２１０…モータ駆動部、２１１…モータ駆動回部、
２１２…モータ停止回路、２２０…モータ制御部、
２４０…リセット判定回路、２５０…プルアップ抵抗。
【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】
電動アクチュエータシステムとして出願人は、電動モータの回転角度に応じて発生するパルス信号に基づいて電動モータの回転角を制御するパルス式エンコーダを利用したアクチュエータシステムの発明（特願２００１−１５６０３２）を既に出願している。
【０００３】
ところで、電動モータに駆動電流を供給するモータ駆動回部は、中央演算装置（ＣＰＵ）内のソフトウェア等からなるモータ制御部からの制御信号を受けて作動するが、上記出願に基づいて発明者等が試作検討した電動アクチュエータシステムでは、モータ制御部に供給される電圧が所定電圧以下となったときにモータ制御部を停止させ、その後、モータ制御部に供給される電圧が所定以上となったときにモータ制御部を再起動させるリセット回路を新たに設けている。
【０００４】
しかし、リセット回路が作動してモータ制御部が停止しても、電動モータのロータが有している慣性モーメント（イナーシャ）により電動モータは暫くの間は回転し続ける。
【０００５】
また、モータ制御部が停止した時から電動モータが実際に停止するまでの間は、パルス数を数えることができないため、この間のオーバラン量が多いときには、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの間に、どれだけ電動モータが回転したかを検出することができない。
【０００６】
なお、オーバラン量が所定の範囲内のときは、オーバランが開始された時、つまりモータ制御部が停止した時のパルスの状態からオーバラン後、つまり電動モータが実際に停止した後のパルスの状態を読みとってどれだけオーバランしたかを演算できるが、
このため、モータ制御部が停止した時の回転角度とモータ制御部が再起動した時の回転角度とが大きく相違すると、電動アクチュエータの回転角度を正確に制御することができない。
【０００７】
このとき、パルス信号に基づいて電動モータの回転角度を検出する手法は、抵抗式のポテンショメータと異なり絶対回転角度を検出することはできず、基準位置からのずれ量（相対回転角度）に基づいて回転角度を検出するため、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの間に、どれだけ電動モータが回転したかを検出することができないと、現在位置を検出することができない。
【０００８】
これに対しては、再起動毎に、ストッパ等の機械的な規制手段に衝突するまで電動アクチュエータを作動させて原点位置を確認し（以下、この行為を初期位置設定と呼ぶ。）、再起動後は、初期位置設定により求められた初期位置を作動原点として電動アクチュエータを制御する手法がある。
【０００９】
しかし、初期位置設定時には、ストッパ及び電動アクチュエータに衝突力が作用するので、再起動毎に初期位置設定を行うと、ストッパ及び電動アクチュエータに頻繁に衝突力が作用することとなる。
【００１０】
このため、ストッパ及び電動アクチュエータ等の機械的強度を増大させる必要性があるため、ストッパ及び電動アクチュエータ等の大型化及び製造原価上昇を招いてしまう。
【００１１】
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、モータ制御部が停止してからモータ制御部が再起動するまでの電動モータの回転角度、つまりオーバラン角度を小さくし、第３には、初期設定を行う回数を低減することを目的とする。
【００１２】
【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、電動モータ（１１０）と、電動モータ（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（２３０）と、回転角度検出手段（２３０）が検出した回転角度に基づいて電動モータ（１１０）の作動を制御するモータ制御部（２２０）と、モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定電圧以下となったときにモータ制御部（２２０）を停止させ、その後、モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定以上となったときにモータ制御部（２２０）を再起動させるリセット手段（２４０）と、モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて電動モータ（１１０）を駆動させる駆動電流を電動モータ（１１０）に通電するモータ駆動回部（２１１）と、モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて電動モータ（１１０）を停止させるために電動モータ（１１０）に電気制動をかけるモータ停止回路（２１２）と、リセット手段（２４０）によりモータ制御部（２２０）が停止したときに、モータ停止回路（２１２）を作動させるリセット時制動手段（２５０）とを有することを特徴とする。
【００１３】
これにより、電気制動をかけてオーバラン角度を小さくすることができるので、モータ制御部（２２０）が停止した時の回転角度とモータ制御部（２２０）が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができ、モータ制御部（２２０）が停止してからモータ制御部（２２０）が再起動するまでの間にどれだけ電動モータ（１１０）が回転したかを把握できる。
【００１４】
したがって、この場合には、初期位置設定を行わなくてもよいので、初期位置設定回数が減少し、電動アクチュエータの大型化及び製造原価上昇を抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、リセット手段（２４０）によりモータ制御部（２２０）が再起動させられた時のパルス信号に基づいて、回転角度検出手段（２３０）が保持している回転角度に関する情報を修正することを特徴とする。
【００１６】
これにより、再起動以後の電動アクチュエータの制御精度を高めることができる。
【００１７】
このとき、請求項３に記載の発明のごとく、モータ制御部（２２０）が再起動した時から所定時間はモータ制御部（２２０）からの指令信号によりモータ停止回路（２１２）を作動させることが望ましい。
【００１８】
請求項４に記載の発明では、モータ制御部（２２０）は、モータ停止回路（２１２）に接続された２本の信号ラインそれぞれにＨｉ又はＬｏの信号を発信することによりモータ停止回路（２１２）を制御し、モータ停止回路（２１２）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号が流れたときに作動し、さらに、リセット時制動手段（２５０）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号を流することを特徴とするものである。
【００１９】
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。
【００２０】
【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を車両用空調装置のエアミックスドアの駆動装置に適用したものである。
【００２１】
ここで、エアミックスドア１とは、図１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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、アクチュエータ１００について述べる。
【００２４】
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（図示せず）から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、以下、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。
【００２５】
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。
【００２６】
なお、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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（図示せず。）の負極側に電気的に繋がっている。
【００３０】
一方、ケーシング１４０側には、樹脂一体成形により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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、図７はアクチュエータ１００の電気制御部２００を示す模式図であり、モータ駆動部２１０は、モータ制御部２２０から指令信号に基づいて直流モータ１１０を駆動させる駆動電流を直流モータ１１０に通電するモータ駆動回部２１１、及びモータ制御部２２０から指令信号に基づいて直流モータ１１０を停止させる制動電流を直流モータ１１０に通電するモータ停止回路２１２からなるものである。
【００３４】
モータ制御部２２０は、モータ駆動回部２１１及びモータ停止回路２１２、つまりモータ駆動部２１０に接続された２本の信号ラインそれぞれにＨｉ又はＬｏの信号を発信することによりモータ駆動部２１０を制御し、モータ停止回路２１２は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号が流れたときに作動する。
【００３５】
また、回転角度検出器２３０は、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パルスエンコーダ式の回転角度検出手段であり、記憶回路２６０はＥＥＰＲＯＭ等の入力された情報を電力の供給を受けることなく各種制御情報を記憶保持する記憶装置である。
【００３６】
リセット判定回路２４０は、図８に示すように、モータ制御部２２０に供給される電圧が所定電圧以下となったときにリセット信号を発してモータ制御部２２０を停止させ、その後、モータ制御部２２０に供給される電圧が所定以上となったときにリセット信号を停止してモータ制御部２２０を再起動させるリセット手段である。
【００３７】
また、図７中、プルアップ抵抗２５０は、リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときに、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号を流してモータ停止回路２１２を作動させるリセット時制動手段である。
【００３８】
因みに、プルアップ抵抗２５０は、モータ制御部２２０及び回転角度検出器２３０等からなるマイクロコンピュータが停止したときのマイクロコンピュータのインピーダンスより小さな値に設定された電気抵抗である。このため、マイクロコンピュータが停止すると、プルアップ抵抗２５０からモータ制御部２２０にはＨｉ信号が流れる。
【００３９】
次に、アクチュエータ１００の概略作動を述べる。
【００４０】
直流モータ１１０が回転して出力軸１２７（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。
【００４１】
したがって、第１、２ブラシ１５５、１５６には、図９に示すように、直流モータ１１０が所定角度回転する毎に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２３０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。
【００４２】
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を構成している。
【００４３】
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。
【００４４】
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２３０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。
【００４５】
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、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、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２パルスずれた位置を作動基準として直流モータ１１０を制御する。
【００４６】
以下、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、その原点位置からずれた作動基準を設定する行為を「初期位置設定」と呼ぶ。因み、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する。
【００４７】
次に、本実施形態の特徴的作動及びその効果を述べる。
【００４８】
本実施形態によれば、リセット判定回路２４０から発せられるリセット信号によりモータ制御部２２０が停止したときにモータ停止回路２１２を作動させて直流モータ１１０の電機子を短絡させて電気制動をかけるので、オーバラン角度を小さくすることができる。
【００４９】
したがって、モータ制御部２２０が停止した時の回転角度とモータ制御部２２０が再起動した時の回転角度との差異を小さくすることができ、パルス信号検知回路を介してＣＰＵはアクチュエータ１００の位置を確認できるので、初期位置設定の回数を低減することができる。延いては、ストッパ５ａ及びアクチュエータ１００の大型化及び製造原価上昇を抑制できる。
【００５０】
なお、上記説明からも明らかなように、モータ停止回路２１２は、プルアップ抵抗２５０からＨｉ信号から流れてきたときに、少なくとも３パルス以内で直流モータ１１０が停止するような制動力を発生させる必要がある。
【００５１】
また、オーバラン角度を小さくすることができるものの、オーバラン角度を０°とすることは困難であるので、本実施形態では、図８に示すように、リセット判定回路２４０によりモータ制御部２２０が停止した時のパルス信号及びパルス数（作動基準から相対回転量）を記憶回路２６０又はＲＡＭに記憶し、この記憶したパルス信号及びパルス数、及びモータ制御部２２０が再起動した時のパルス信号に基づいて、回転角度検出器２３０が保持している回転角度に関する情報を修正してアクチュエータ１００の制御精度を高めている。
【００５２】
なお、本実施形態では、モータ制御部２２０が再起動した時から所定時間（例えば、５０ミリ秒）はモータ制御部２２０からの指令信号によりモータ停止回路２１２を作動させて再起動した時のパルス信号を正確に検出している。
【００５３】
（第２実施形態）
本実施形態は、図１０に示すように、複数個のアクチュエータ１００及び制御装置をデータ通信によるネットワークで繋ぎ、電気配線の本数を減少させた電動アクチュエータシステムに本発明を適用したものである。
【００５４】
なお、通信ラインには、所定のプロトコルで定められた手順に従って各アクチュエータ１００を制御するためのデータ信号及びパルス数に関するデータ信号がＣＰＵと各アクチュエータ１００との間で授受されており、各アクチュエータ１００は通信ラインを介して送信されるデータ信号に基づいて作動する。
【００５５】
そして、ワイヤハーネスＷ／Ｈには電源ＶＣＣ線と通信ラインとＧＮＤ線があり、コネクタ１０１内には通信用集積回路、モータ駆動回路及びパルス検知回路等が内蔵されている。
【００５６】
また、図１１は電源ＶＣＣの状態、通信ラインの中の電圧状態、通信用集積回路の作動状態を示すに示すタイムチャートであり、電源が立ち上がり、通信用集積回路が作動する。リセット信号が入力され、ＣＰＵがリセット状態となると、通信回路２２ａより通信ラインにＨｉ信号を出す。コネクタ１０１の通信用集積回路は、通信ラインのＨｉ信号が所定時間続くと（▲１▼の期間）、ＣＰＵに異常があったと判断してモータに発電ブレーキを作用させてモータを停止させる。
【００５７】
その後、ＣＰＵが復旧し、各アクチュエータ１００に対応するフレーム信号が来ると、通信用集積回路はＣＰＵ又はモータ制御部が通常作動していると判断するとともにアクチュエータ１００内のパルス式エンコーダの状態を読み込んで、どれだけモータ停止時にオーバランしたかを把握する。
【００５８】
フレーム信号が無くなり、再び通信ラインのハイ信号が所定時間続くと（▲２▼の期間）、ＣＰＵに異常があったと判断して電気制動を直流モータ１１０に作用させて直流モータ１１０を停止させる。
【００５９】
（その他の実施形態）
上述の実施形態では、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、その後は、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を制御したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば原点位置を作動基準としてもよい。
【００６０】
また、上述の実施形態では、モータ制御部２２０が再起動した時から所定時間はモータ制御部２２０からの指令信号によりモータ停止回路２１２を作動させたが、本発明はこれに限定されるものではなく、モータ制御部２２０によるモータ停止回路２１２の作動を廃止しもよい。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
上述の実施形態では、出力軸１２７にパルス発生器１５８を設けたが、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１５８（パルスプレート１５３）用にさら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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
また、プルアップ抵抗２５０からＨｉ信号から流れてきたときに、少なくとも２パルス以内で直流モータ１１０を停止させて、減速ギアのバックラッシュによるがた分のずれを１パルス分で検出できるようにしてもよい。
【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制御の説明図である。
【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パルス信号チャートである。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエータシステムの模式図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係る電動アクチュエータシステムの作動を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２００…電気制御回路、２１０…モータ駆動部、２１１…モータ駆動回部、
２１２…モータ停止回路、２２０…モータ制御部、
２４０…リセット判定回路、２５０…プルアップ抵抗。
Claims (4)
- 電動モータ（１１０）と、
前記電動モータ（１１０）の回転角度に応じて発生するパルス信号に基づいて前記出力軸（１２７）の回転角度を検出する回転角度検出手段（２３０）と、
前記回転角度検出手段（２３０）が検出した回転角度に基づいて前記電動モータ（１１０）の作動を制御するモータ制御部（２２０）と、
前記モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定電圧以下となったときに前記モータ制御部（２２０）を停止させ、その後、前記モータ制御部（２２０）に供給される電圧が所定以上となったときに前記モータ制御部（２２０）を再起動させるリセット手段（２４０）と、
前記モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて前記電動モータ（１１０）を駆動させる駆動電流を前記電動モータ（１１０）に通電するモータ駆動回部（２１１）と、
前記モータ制御部（２２０）から指令信号に基づいて前記電動モータ（１１０）を停止させるために前記電動モータ（１１０）に電気制動をかけるモータ停止回路（２１２）と、
前記リセット手段（２４０）により前記モータ制御部（２２０）が停止したときに、前記モータ停止回路（２１２）を作動させるリセット時制動手段（２５０）とを有することを特徴とする電動アクチュエータシステム。 - 前記リセット手段（２４０）により前記モータ制御部（２２０）が再起動させられた時のパルス信号に基づいて、前記回転角度検出手段（２３０）が保持している回転角度に関する情報を修正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。
- 前記モータ制御部（２２０）が再起動した時から所定時間は前記モータ制御部（２２０）からの指令信号により前記モータ停止回路（２１２）を作動させることを特徴とする請求項２に記載の電動アクチュエータシステム。
- 前記モータ制御部（２２０）は、前記モータ停止回路（２１２）に接続された２本の信号ラインそれぞれにＨｉ又はＬｏの信号を発信することにより前記モータ停止回路（２１２）を制御し、
前記モータ停止回路（２１２）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号が流れたときに作動し、
さらに、前記リセット時制動手段（２５０）は、２本の信号ラインそれぞれにＨｉ信号を流す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。
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