JP2011167006A - ステッパモータの停止制御方法 - Google Patents

Abstract

【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。
【選択図】図３

Description

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。

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。

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。

特開平８‐１９２９７公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 同実施形態のステッパモータの結線図。 同実施形態の停止制御手順を示すフローチャート。 同実施形態のステップ電圧のタイミングチャート。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (2)

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。
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。

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