JP2012023873A - Electric driving device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動モータが発生する駆動力により被駆動体を駆動する電動式駆動装置に関する。 The present invention relates to an electric drive device that drives a driven body by a driving force generated by an electric motor.
従来から、例えば、被駆動体としての弁体を電動モータの駆動力により回転させる電動式駆動装置が公知であり、内燃機関の吸排気系統に組み入れられて内燃機関に吸入される吸入空気、または内燃機関から排気される排気ガスの流量を可変するバルブ装置等に適用されている。 Conventionally, for example, an electric drive device that rotates a valve body as a driven body by a driving force of an electric motor is known, and intake air that is incorporated into an intake / exhaust system of an internal combustion engine and sucked into the internal combustion engine, or The present invention is applied to a valve device or the like that changes the flow rate of exhaust gas exhausted from an internal combustion engine.
また、電動式駆動装置では、被駆動体が特定の位置や姿勢にあるときに、被駆動体を機械的に拘束する機構が設けられている。例えば、内燃機関の燃焼室にタンブル流を発生させるタンブルコントロールバルブ(以下、TCVと呼ぶ。)を回転駆動するためのバルブ装置(以下、TCV装置と呼ぶ。)に電動式駆動装置を適用する場合、減速機構の一部材や弁軸等にストッパ構造を設けて被駆動体を全開位置や全閉位置に機械的に拘束する。 Further, the electric drive device is provided with a mechanism for mechanically restraining the driven body when the driven body is in a specific position or posture. For example, when an electric drive device is applied to a valve device (hereinafter referred to as a TCV device) for rotationally driving a tumble control valve (hereinafter referred to as a TCV device) that generates a tumble flow in a combustion chamber of an internal combustion engine. In addition, a stopper structure is provided on one member of the speed reduction mechanism, the valve shaft, or the like to mechanically restrain the driven body at the fully open position or the fully closed position.
ところで、このような被駆動体を機械的に拘束する電動式駆動装置では、被駆動体が非拘束状態から拘束状態に移行する際に、電動モータへの通電量がステップ状に増加する。例えば、TCV装置において、TCVを全閉に向かって回転させる場合、電動モータにおける通電量の典型的な経時変化パターンは、図10に示すようになる。すなわち、通電開始後、突入電流により通電量は一時的に急激に増加して減少した後、被駆動体が非拘束状態から拘束状態に移行することで通電量はステップ状に増加する。 By the way, in such an electric drive device that mechanically restrains the driven body, when the driven body shifts from the unconstrained state to the restrained state, the energization amount to the electric motor increases stepwise. For example, in the TCV device, when the TCV is rotated toward full closure, a typical temporal change pattern of the energization amount in the electric motor is as shown in FIG. That is, after the start of energization, the energization amount temporarily increases suddenly due to the inrush current and then decreases, and then the energization amount increases stepwise as the driven body shifts from the unconstrained state to the constrained state.
このため、このような通電量のステップ状の変化を異常とみなすことなく、被駆動体が非拘束状態から拘束状態へ正常に移行したか否かを確実に判断できるようにする要望が高まっている。 For this reason, there is an increasing demand to reliably determine whether or not the driven body has normally shifted from the unconstrained state to the restrained state without regarding such a step-like change in the energization amount as abnormal. Yes.
なお、特許文献1、2には、電動モータへの通電量が所定の閾値を超えた場合に異常であると判断する回路構成等が開示されている。しかし、特許文献1、2の回路構成等では、非拘束状態から拘束状態への移行を正常な移行と判断することができない。
また、特許文献3には、通電量を時間積分して通電量の経時変化を整形することで、短絡等による過電流と、非拘束状態から拘束状態への移行に伴う正常な通電量の増加とを識別できるようにする回路構成等が開示されている。しかし、特許文献3の回路構成等では、過電流以外の異常が発生しても全て正常な移行と判断されてしまう虞があり、異常の判断としては不充分である。
Note that
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、電動モータが発生する駆動力により被駆動体を駆動する電動式駆動装置において、被駆動体の非拘束状態から拘束状態への移行に伴う通電量のステップ状の変化を単純に異常とみなすことなく、被駆動体が非拘束状態から拘束状態へ正常に移行したか否かを確実に判断することにある。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an undriven state of the driven body in the electric drive device that drives the driven body by the driving force generated by the electric motor. It is to reliably determine whether the driven body has normally shifted from the unconstrained state to the constrained state without simply considering the step-like change in the energization amount accompanying the transition from the unconstrained state to the constrained state. .
〔請求項1の手段〕
請求項1の電動式駆動装置は、通電により駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの通電量を検出する電流検出手段と、電動モータへの通電を制御する制御手段とを備え、制御手段により電動モータへの通電を制御しながら、電動モータが発生する駆動力を被駆動体に伝達して、被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変化させる。
[Means of Claim 1]
The electric drive device according to
また、電動モータから伝達される駆動力により変化する被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変位量と定義すれば、変位量の値には、変位量が一方向に変化するように電動モータから被駆動体に駆動力を伝達し続けても、被駆動体が機械的に拘束されて変位量が一方向に変化しない拘束値が存在する。また、電動モータへの通電量は、変位量が一方向に向かって変化した後に拘束値に到達するとステップ状に増加する。 In addition, if one or both of the position and orientation of the driven body that changes depending on the driving force transmitted from the electric motor is defined as the displacement amount, the displacement amount value can be changed so that the displacement amount changes in one direction. Even if the driving force is continuously transmitted from the motor to the driven body, there is a constraint value in which the driven body is mechanically constrained and the amount of displacement does not change in one direction. The energization amount to the electric motor increases in a step shape when the displacement amount reaches a constraint value after changing in one direction.
そして、制御手段は、変位量が一方向に向かって変化した後に拘束値に到達するように電動モータへの通電を制御する場合に、変位量が拘束値に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値を記憶しており、電動モータへの通電開始後、突入電流により通電量が閾値を超えて増加し、引き続き通電量が閾値を下回るように減少した後、再度、増加して閾値を上回ったときに、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断する。 Then, the control means determines whether or not the displacement amount has normally reached the constraint value when controlling the energization to the electric motor so that the constraint value reaches the constraint value after the displacement amount has changed in one direction. The threshold for the amount of electricity to be stored is stored, and after the start of energization to the electric motor, the amount of energization increases beyond the threshold due to the inrush current, and then decreases again so that the amount of energization falls below the threshold, and then increases again. When the threshold value is exceeded, it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value.
これにより、閾値を適切に選択することで、過電流以外の異常に関しても異常と判断することができる。このため、被駆動体の非拘束状態から拘束状態への移行に伴う通電量のステップ状の変化を単純に異常とみなすことなく、被駆動体が非拘束状態から拘束状態へ正常に移行したか否かを確実に判断することができる。 Thereby, it is possible to determine that an abnormality other than an overcurrent is abnormal by appropriately selecting the threshold value. For this reason, whether the driven body has normally shifted from the unconstrained state to the constrained state without simply considering the step change in the energization amount accompanying the transition of the driven body from the unconstrained state to the constrained state as abnormal. It is possible to reliably determine whether or not.
〔請求項2の手段〕
請求項2の電動式駆動装置によれば、制御手段は、電動モータへの通電開始後、通電量が閾値を下回り、かつ、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になったときに、突入電流による通電量の一時的な増減が収束したものと判断する。
突入電流が収束するのに必要とする時間を定める要素は、イナーシャ、モータ劣化および負荷トルク等である。また、これらの要素の内、厳密に算出できるものはイナーシャのみであって他は不確定要素である。
[Means of claim 2]
According to the electric drive device of the second aspect, after the energization of the electric motor is started, the control means is such that the energization amount falls below the threshold and the absolute value of the temporal change rate of the energization amount is equal to or less than a predetermined convergence value. When this happens, it is determined that the temporary increase / decrease in the energization amount due to the inrush current has converged.
Factors that determine the time required for the inrush current to converge are inertia, motor degradation, load torque, and the like. Of these elements, only the inertia can be calculated strictly, and the others are uncertain elements.
よって、突入電流が収束したか否かを判断するための時間に対する基準値は、不確定要素の変動を考慮して大きめに設定する必要がある。しかし、変位量の変化の幅が小さい場合、被駆動体が非拘束状態から拘束状態に移行するのに必要とする時間が短いので、基準値を大きくすると、突入電流の収束を検知できないまま被駆動体が拘束状態に移行する虞が高まる。 Therefore, it is necessary to set a large reference value for the time for determining whether or not the inrush current has converged in consideration of fluctuations of uncertain factors. However, when the change amount of the displacement amount is small, the time required for the driven body to transition from the unconstrained state to the constrained state is short. Therefore, if the reference value is increased, the convergence of the inrush current cannot be detected. The possibility that the driving body shifts to the restrained state is increased.
そこで、突入電流が収束したか否かを判断するための時間に対する基準値を設定するのではなく、通電量の時間的変化率の絶対値が収束値以下になったか否かを判断要素とすることで、被駆動体が非拘束状態から拘束状態に移行するのに必要とする時間の長短に係わらず、突入電流の収束を確実に検知することができる。 Therefore, instead of setting a reference value for the time for determining whether or not the inrush current has converged, the determination factor is whether or not the absolute value of the temporal change rate of the energization amount is below the convergence value. Thus, it is possible to reliably detect the convergence of the inrush current regardless of the length of time required for the driven body to shift from the unconstrained state to the restrained state.
〔請求項3の手段〕
請求項3の電動式駆動装置によれば、電動モータは、複数の電機子コイルおよび複数の整流子片を具備する回転子、複数の界磁極を具備する固定子、および整流子片に摺接して電機子コイルに通電するための2つのブラシを有し、電機子コイルに流れる電流と界磁極により形成される磁束との交互作用により回転トルクを発生する。
[Means of claim 3]
According to the electric drive device of
そして、制御手段は、拘束値到達後に増加した通電量をロック電流と定義すると、ロック電流を推定するロック電流推定手段を有し、変位量が拘束値に到達して回転子が停止したときに、2つのブラシが両方とも複数の整流子片に跨らずに単独の整流子片に当接している場合のロック電流の値Iaと、少なくとも1つのブラシが複数の整流子片に跨りながら当接している場合のロック電流の値Ibとの比Ia/Ibを記憶しており、ロック電流推定手段による推定値に比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように閾値を設定する。 The control means has a lock current estimation means for estimating the lock current when the energization amount increased after reaching the constraint value is defined as the lock current, and when the displacement reaches the constraint value and the rotor stops. The lock current value Ia when both brushes are in contact with a single commutator piece without straddling a plurality of commutator pieces, and at least one brush straddling a plurality of commutator pieces. The ratio Ia / Ib with the lock current value Ib in the case of contact is stored, and the threshold value is set so as not to exceed the upper limit value obtained by multiplying the estimated value by the lock current estimating means by the ratio Ia / Ib. .
2つのブラシが両方とも複数の整流子片に跨らずに単独の整流子片に当接している場合の電機子コイルの合成抵抗は、少なくとも1つのブラシが複数の整流子片に跨りながら当接している場合の電機子コイルの合成抵抗よりも大きくなる。このため、ロック電流の値Iaは値Ibよりも小さくなる。 The combined resistance of the armature coil when two brushes are both in contact with a single commutator piece without straddling a plurality of commutator pieces, is applied while at least one brush straddles a plurality of commutator pieces. It becomes larger than the combined resistance of the armature coils in contact. For this reason, the lock current value Ia is smaller than the value Ib.
ここで、ロック電流が値Iaとなるか、値Ibとなるかの予測は極めて困難であるから、被駆動体の非拘束状態から拘束状態への正常移行を確実に判断するために、推定値に比Ia/Ibを乗じて得た数値(上限値)を超えないように閾値を設定する。
これにより、被駆動体が拘束状態にある時の電動モータにおけるブラシと整流子片との当接状態に係わらず、非拘束状態から拘束状態への正常移行を確実に判断することができる。
Here, since it is extremely difficult to predict whether the lock current will be the value Ia or the value Ib, the estimated value is used to reliably determine the normal transition of the driven body from the unconstrained state to the restrained state. A threshold value is set so as not to exceed a numerical value (upper limit value) obtained by multiplying by Ia / Ib.
Thereby, regardless of the contact state between the brush and the commutator piece in the electric motor when the driven body is in the restrained state, it is possible to reliably determine the normal transition from the unconstrained state to the restrained state.
〔請求項4の手段〕
請求項4の電動式駆動装置によれば、ロック電流推定手段は、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断された後に、電流検出手段により複数回に亘って検出された複数の通電量の検出値の平均値をロック電流の推定値とする。
[Means of claim 4]
According to the electric drive device of the fourth aspect, the lock current estimating unit is configured to perform a plurality of energizations detected a plurality of times by the current detecting unit after it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value. The average value of the detected values of the quantity is used as the estimated value of the lock current.
〔請求項5の手段〕
請求項5の電動式駆動装置は、電動モータの周囲の温度を推定する温度推定手段と、電動モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源電圧検出手段とを備える。そして、ロック電流推定手段は、ロック電流と電源の電圧との比を、電動モータの周囲の温度を変数とする関数として記憶しており、温度推定手段により推定された電動モータの周囲の温度の推定値を関数に当てはめることでロック電流と電源の電圧との比を算出し、算出した比に電源電圧検出手段により検出された電源の電圧の検出値を乗ずることでロック電流の推定値を算出する。
[Means of claim 5]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided an electric drive device comprising temperature estimation means for estimating the ambient temperature of the electric motor and power supply voltage detection means for detecting the voltage of the power supply that supplies power to the electric motor. The lock current estimating means stores the ratio between the lock current and the power supply voltage as a function having the temperature around the electric motor as a variable, and the ratio of the ambient temperature around the electric motor estimated by the temperature estimating means. Calculate the ratio of the lock current and the power supply voltage by applying the estimated value to the function, and multiply the calculated ratio by the detected value of the power supply voltage detected by the power supply voltage detection means to calculate the estimated value of the lock current To do.
ロック電流は、温度特性を有し、かつ電源の電圧に比例する。このため、ロック電流と電源の電圧との比を、予め電動モータの周囲の温度を変数とする関数として記憶しておけば、電動モータの周囲の温度の推定値を関数に当てはめることでロック電流と電源の電圧との比を算出することができ、さらに、算出した比に電源の電圧の検出値を乗ずることで、温度を反映したロック電流の推定値を算出することができる。 The lock current has temperature characteristics and is proportional to the voltage of the power source. For this reason, if the ratio between the lock current and the voltage of the power supply is stored in advance as a function having the temperature around the electric motor as a variable, the estimated value of the temperature around the electric motor is applied to the function to obtain the lock current. The estimated value of the lock current reflecting the temperature can be calculated by multiplying the calculated ratio by the detected value of the voltage of the power source.
〔請求項6の手段〕
請求項6の電動式駆動装置によれば、ロック電流推定手段は、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断された後に、電流検出手段により得られた通電量の検出値、温度推定手段により推定された電動モータの周囲の温度の推定値、および、電源電圧検出手段により得られた電源の電圧の検出値に基づき関数を修正する。
これにより、電動モータの特性が経時変化して関数が変動しても、関数を高精度に修正することができる。このため、電動モータの特性が経時変化しても、高精度にロック電流を推定することができる。
[Means of claim 6]
According to the electric drive device of the sixth aspect, the lock current estimation means detects the energization amount detected value obtained by the current detection means and the temperature estimation after it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value. The function is corrected based on the estimated value of the ambient temperature of the electric motor estimated by the means and the detected value of the power supply voltage obtained by the power supply voltage detecting means.
Thereby, even if the characteristics of the electric motor change with time and the function fluctuates, the function can be corrected with high accuracy. For this reason, even if the characteristics of the electric motor change with time, the lock current can be estimated with high accuracy.
〔請求項7の手段〕
請求項7の電動式駆動装置によれば、制御手段は、電動モータへの通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間、通電量を時間積分し、得られた積分値に基づいて変位量が正常であるか否かを判断する。
通電量と変位量の時間的変化率との間にはリニアな相関が見られる場合が多い。この場合、通電量を時間積分して得た積分値と変位量との間もリニアな相関となる。よって、積分値に基づいて変位量が正常であるか否かを高精度に判断することができる。
[Means of Claim 7]
According to the electric drive device of the seventh aspect, the control means time-integrates the energization amount from the start of energization to the electric motor until the energization amount increases stepwise, and based on the obtained integrated value. It is determined whether or not the displacement amount is normal.
In many cases, a linear correlation is found between the energization amount and the temporal change rate of the displacement amount. In this case, the integrated value obtained by time integration of the energization amount and the displacement amount also have a linear correlation. Therefore, it can be determined with high accuracy whether or not the displacement amount is normal based on the integral value.
〔請求項8の手段〕
請求項8の電動式駆動装置は、制御手段からの制御信号の入力開始および入力停止に応じて電動モータへの通電をオンオフする駆動回路を備える。また、制御手段は、制御信号としてPWM信号を駆動回路に出力することで、電動モータへの通電を制御する。そして、制御手段が電流検出手段から通電量の検出値を取得するサンプリング周波数は、PWM信号の周波数をPWM信号のデューティ比で除したものよりも大きい。
[Means of Claim 8]
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided an electric drive device including a drive circuit for turning on / off the electric motor in response to the start and stop of input of a control signal from the control means. Further, the control means controls energization to the electric motor by outputting a PWM signal as a control signal to the drive circuit. The sampling frequency at which the control means acquires the detected value of the energization amount from the current detection means is greater than the PWM signal frequency divided by the PWM signal duty ratio.
これにより、PWM信号のオン時間帯の通電量の検出値を確実に取得することができるので、PWM信号のオフ時間帯の通電量の検出値のみを取得してしまう事態を回避することができる As a result, the detection value of the energization amount during the on-time period of the PWM signal can be reliably acquired, so that the situation where only the detection value of the energization amount during the off-time period of the PWM signal is acquired can be avoided.
実施形態1の電動式駆動装置は、通電により駆動力を発生する電動モータと、電動モータへの通電量を検出する電流検出手段と、電動モータへの通電を制御する制御手段とを備え、制御手段により電動モータへの通電を制御しながら、電動モータが発生する駆動力を被駆動体に伝達して、被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変化させる。 The electric drive device according to the first embodiment includes an electric motor that generates a driving force by energization, a current detection unit that detects an energization amount of the electric motor, and a control unit that controls energization of the electric motor. While controlling the energization of the electric motor by the means, the driving force generated by the electric motor is transmitted to the driven body to change one or both of the position and posture of the driven body.
また、電動モータから伝達される駆動力により変化する被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変位量と定義すれば、変位量の値には、変位量が一方向に変化するように電動モータから被駆動体に駆動力を伝達し続けても、被駆動体が機械的に拘束されて変位量が一方向に変化しない拘束値が存在する。また、電動モータへの通電量は、変位量が一方向に向かって変化した後に拘束値に到達するとステップ状に増加する。 In addition, if one or both of the position and orientation of the driven body that changes depending on the driving force transmitted from the electric motor is defined as the displacement amount, the displacement amount value can be changed so that the displacement amount changes in one direction. Even if the driving force is continuously transmitted from the motor to the driven body, there is a constraint value in which the driven body is mechanically constrained and the amount of displacement does not change in one direction. The energization amount to the electric motor increases in a step shape when the displacement amount reaches a constraint value after changing in one direction.
そして、制御手段は、変位量が一方向に向かって変化した後に拘束値に到達するように電動モータへの通電を制御する場合に、変位量が拘束値に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値を記憶しており、電動モータへの通電開始後、突入電流により通電量が閾値を超えて増加し、引き続き通電量が閾値を下回るように減少した後、再度、増加して閾値を上回ったときに、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断する。 Then, the control means determines whether or not the displacement amount has normally reached the constraint value when controlling the energization to the electric motor so that the constraint value reaches the constraint value after the displacement amount has changed in one direction. The threshold for the amount of electricity to be stored is stored, and after the start of energization to the electric motor, the amount of energization increases beyond the threshold due to the inrush current, and then decreases again so that the amount of energization falls below the threshold, and then increases again. When the threshold value is exceeded, it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value.
また、制御手段は、電動モータへの通電開始後、通電量が閾値を下回り、かつ、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になったときに、突入電流による通電量の一時的な増減が収束したものと判断する。 In addition, after the start of energization to the electric motor, the control means is configured such that when the energization amount falls below a threshold and the absolute value of the temporal change rate of the energization amount falls below a predetermined convergence value, the energization amount due to the inrush current It is determined that the temporary increase or decrease of has converged.
また、電動モータは、複数の電機子コイルおよび複数の整流子片を具備する回転子、複数の界磁極を具備する固定子、および整流子片に摺接して電機子コイルに通電するための2つのブラシを有し、電機子コイルに流れる電流と界磁極により形成される磁束との交互作用により回転トルクを発生する。 Further, the electric motor includes a rotor having a plurality of armature coils and a plurality of commutator pieces, a stator having a plurality of field poles, and 2 for slidingly contacting the armature coils in contact with the commutator pieces. It has two brushes and generates rotational torque by the interaction between the current flowing through the armature coil and the magnetic flux formed by the field pole.
そして、制御手段は、拘束値到達後に増加した通電量をロック電流と定義すると、ロック電流を推定するロック電流推定手段を有し、変位量が拘束値に到達して回転子が停止したときに、2つのブラシが両方とも複数の整流子片に跨らずに単独の整流子片に当接している場合のロック電流の値Iaと、少なくとも1つのブラシが複数の整流子片に跨りながら当接している場合のロック電流の値Ibとの比Ia/Ibを記憶しており、ロック電流推定手段による推定値に比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように閾値を設定する。 The control means has a lock current estimation means for estimating the lock current when the energization amount increased after reaching the constraint value is defined as the lock current, and when the displacement reaches the constraint value and the rotor stops. The lock current value Ia when both brushes are in contact with a single commutator piece without straddling a plurality of commutator pieces, and at least one brush straddling a plurality of commutator pieces. The ratio Ia / Ib with the lock current value Ib in the case of contact is stored, and the threshold value is set so as not to exceed the upper limit value obtained by multiplying the estimated value by the lock current estimating means by the ratio Ia / Ib. .
また、ロック電流推定手段は、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断された後に、電流検出手段により複数回に亘って検出された複数の通電量の検出値の平均値をロック電流の推定値とする。
さらに、制御手段は、電動モータへの通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間、通電量を時間積分し、得られた積分値に基づいて変位量が正常であるか否かを判断する。
Further, the lock current estimating means calculates the average value of the detected values of the plurality of energization amounts detected over a plurality of times by the current detecting means after it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value. Estimated value of
Further, the control means integrates the energization amount over time from the start of energization to the electric motor until the energization amount increases stepwise, and determines whether the displacement amount is normal based on the obtained integrated value. to decide.
実施形態2の電動式駆動装置は、電動モータの周囲の温度を推定する温度推定手段と、電動モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源電圧検出手段とを備える。そして、ロック電流推定手段は、ロック電流と電源の電圧との比を、電動モータの周囲の温度を変数とする関数として記憶しており、温度推定手段により推定された電動モータの周囲の温度の推定値を関数に当てはめることでロック電流と電源の電圧との比を算出し、算出した比に電源電圧検出手段により検出された電源の電圧の検出値を乗ずることでロック電流の推定値を算出する。 The electric drive apparatus according to the second embodiment includes temperature estimation means for estimating the ambient temperature of the electric motor, and power supply voltage detection means for detecting the voltage of the power supply that supplies power to the electric motor. The lock current estimating means stores the ratio between the lock current and the power supply voltage as a function having the temperature around the electric motor as a variable, and the ratio of the ambient temperature around the electric motor estimated by the temperature estimating means. Calculate the ratio of the lock current and the power supply voltage by applying the estimated value to the function, and multiply the calculated ratio by the detected value of the power supply voltage detected by the power supply voltage detection means to calculate the estimated value of the lock current To do.
また、ロック電流推定手段は、変位量が拘束値に正常に到達したものと判断された後に、電流検出手段により得られた通電量の検出値、温度推定手段により推定された電動モータの周囲の温度の推定値、および、電源電圧検出手段により得られた電源の電圧の検出値に基づき関数を修正する。 In addition, the lock current estimation means is configured to detect the energization amount detected by the current detection means and the surroundings of the electric motor estimated by the temperature estimation means after it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value. The function is corrected based on the estimated value of the temperature and the detected value of the power supply voltage obtained by the power supply voltage detecting means.
実施形態3の電動式駆動装置は、制御手段からの制御信号の入力開始および入力停止に応じて電動モータへの通電をオンオフする駆動回路を備える。また、制御手段は、制御信号としてPWM信号を駆動回路に出力することで、電動モータへの通電を制御する。そして、制御手段が電流検出手段から通電量の検出値を取得するサンプリング周波数は、PWM信号の周波数をPWM信号のデューティ比で除したものよりも大きい。 The electric drive apparatus according to the third embodiment includes a drive circuit that turns on and off the electric motor in response to the start and stop of input of a control signal from the control unit. Further, the control means controls energization to the electric motor by outputting a PWM signal as a control signal to the drive circuit. The sampling frequency at which the control means acquires the detected value of the energization amount from the current detection means is greater than the PWM signal frequency divided by the PWM signal duty ratio.
〔実施例1の構成〕
実施例1の電動式駆動装置(以下、駆動装置と略す)1の構成を、図1〜図3を用いて説明する。
駆動装置1は、電動モータ2が発生する駆動力により被駆動体を駆動するものであり、例えば、内燃機関(図示せず)の吸気系統に組み入れられて内燃機関の燃焼室にタンブル流を発生させるTCV(以下、弁体とする。)3を被駆動体として回転駆動するためのTCV装置4に適用されている。
[Configuration of Example 1]
A configuration of an electric drive device (hereinafter abbreviated as a drive device) 1 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
The
すなわち、TCV装置4は、例えば、インテークマニホールド6内の吸気流路7に回転自在に収容され、吸気流路7を絞ることで燃焼室にタンブル流を発生させる弁体3と、電動モータ2が発生する駆動力としての回転トルクにより弁体3を回転させる駆動装置1とを備える。
That is, the TCV device 4 includes, for example, a
ここで、弁体3は、弁軸8に対して相対的に固定するように弁軸8に貫通され、弁軸8から回転トルクを伝達されて回転する。また、弁体3は略矩形状に設けられており、弁軸8は、矩形をなす1組の向かい合う2辺に平行となるように弁体3に対して固定されている。
Here, the
そして、弁体3には、弁軸8に平行な2辺の内、弁軸8から遠い方の辺に切り欠き9が形成されており、全閉時に、弁体3と流路壁との間に切り欠き9の面積に相当する開口部が形成される。このため、弁体3が全閉位置まで回転すると、吸気流路7が切り欠き9相当の面積まで絞られて燃焼室にタンブル流が発生する。
The
駆動装置1は、通電により回転トルクを発生する電動モータ2と、電動モータ2への通電量を検出する電流検出手段11と、電動モータ2への通電を制御する制御手段12と、制御手段12からの制御信号の入力開始および入力停止に応じて電源13から電動モータ2への通電をオンオフする駆動回路14とを備え、制御手段12により電動モータ2への通電を制御しながら、回転トルクを弁体3に伝達して弁体3の回転位置を変化させる。
The
電動モータ2は、複数の電機子コイル16および複数の整流子片17を具備する回転子18、複数の界磁極19を具備する固定子20、および整流子片17に摺接して電機子コイル16に通電するための2つのブラシ21a、21bを有し、電機子コイル16に流れる電流と界磁極19により形成される磁束との交互作用により回転トルクを発生する周知の直流モータである。
The
電流検出手段11は、駆動回路14および電動モータ2のグランド側に組み込まれたシャント抵抗24における電圧降下を検出することにより電動モータ2への通電量を検出する周知の電流検出回路である。
The
制御手段12は、電流検出手段11等の各種センサから入力される検出信号に基づき、電動モータ2への通電を制御するための制御信号を出力するものであり、制御処理および演算処理を行うCPU、各種のデータおよびプログラム等を記憶するROMおよびRAM等の記憶装置、入力装置、ならびに出力装置等を含んで構成される周知構造のマイコンである。
The control means 12 outputs a control signal for controlling energization to the
駆動回路14は、制御手段12から個別に制御信号の入力を受けて動作する4つのスイッチング素子25により構成された周知構造を有し、正逆いずれの方向へも電動モータ2に通電することが可能である。
The
ところで、電動モータ2が発生した回転トルクは、周知の減速機構を介して弁軸8に伝達される。すなわち、弁軸8は、減速機構における回転トルクの伝達終端をなすギヤ部材26に圧入されて固定され、弁軸8の軸心とギヤ部材26の回転軸心とは同軸をなす。また、ギヤ部材26は、弁体3の方に向かって段階的に縮径しており、最も弁体3に近い先端部26aは、オイルシール27によりインテークマニホールド6に軸受されている。
By the way, the rotational torque generated by the
そして、弁軸8は、先端部26aから突出するようにギヤ部材26に保持されており、弁軸8の内、先端部26aの近傍であって先端部26aから突出している部分に、インテークマニホールド6との間にストッパ構造を形成する係合部29が設けられている。
The
係合部29は、弁軸8に垂直であって弁軸8の軸心と直交する部分を円中心とする円板部30と、円板部30の外周縁の一部から外周側に向かって突出する突出部31とを有し、弁軸8と一体的に回転する。そして、係合部29は、インテークマニホールド6の壁部に設けられた収容室32で回転可能に収容されている。
The engaging
ここで、収容室32は、突出部31との係合により係合部29の回転を規制できる形状に設けられている。すなわち、収容室32は、円板部30の外周縁よりもわずかに大きい内径を有する第1収容部33と、第1収容部33の外周縁が部分的に外周側に拡大するように形成された第2収容部34とからなり、円板部30、突出部31は、それぞれ第1、第2収容部33、34に収容されている。このため、第2収容部34の周方向両端の壁面35、36は、突出部31と係合することで係合部29の回転を規制することができる(以下、壁面35、36を、それぞれ係合面35、36と呼ぶ。)。
Here, the
以上により、弁体3は、弁軸8に設けられた係合部29がインテークマニホールド6に設けられた係合面35、36に係合することで機械的に拘束される。そして、係合部29は、例えば、弁体3が全閉位置にあるときに周方向一端側の係合面35に係合し、弁体3が全開位置にあるときに周方向他端側の係合面36に係合する。
As described above, the
このため、弁体3の回転位置に関する全閉位置は、回転位置が閉側に変化するように電動モータ2から弁体3に向けて回転トルクが伝達され続けても、弁体3が機械的に拘束されて回転位置がさらに閉側に変化しない拘束値となる。同様に、全開位置は、回転位置が開側に変化するように電動モータ2から弁体3に向けて回転トルクが伝達され続けても、弁体3が機械的に拘束されて回転位置がさらに開側に変化しない拘束値となる。
For this reason, the fully closed position related to the rotational position of the
そして、制御手段12により電動モータ2への通電を制御しながら、弁体3を拘束値に向かって回転させると、係合部29が係合面35または係合面36に係合し、弁体3は機械的に拘束されていない被拘束状態から機械的に拘束されている拘束状態に移行する。そして、弁体3が被拘束状態から拘束状態に移行する際、電動モータ2への通電量はステップ状に増加する。つまり、電動モータ2への通電量は、弁体3の回転位置が拘束値に到達するとステップ状に増加する。
Then, when the
ここで、弁体3を拘束値に向かって回転させる場合、電動モータ2における通電量の典型的な経時変化パターンは、図2(b)に示すようになる。すなわち、通電開始後、突入電流により通電量は一時的に急激に増加して減少した後、弁体3が非拘束状態から拘束状態に移行することで通電量はステップ状に増加する。そして、非拘束状態は、突入電流により通電量がピーク状に変動する初期状態、および、通電量が略一定値に安定して弁体3が略一定の回転数で回転する回転状態に区分される。なお、以下の説明では、拘束値到達後に増加した通電量をロック電流と呼ぶ。
Here, when the
このような経時変化パターンを示す通電量に対し、制御手段12は、回転位置が拘束値に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値Ithrを記憶しており、突入電流による通電量の一時的な増減が収束した後に通電量が閾値Ithrを上回ったときに、回転位置が拘束値に正常に到達したものと判断する。 With respect to the energization amount indicating such a temporal change pattern, the control means 12 stores a threshold value Ithr relating to the energization amount for determining whether or not the rotational position has normally reached the constraint value. When the energization amount exceeds the threshold Ithr after the temporary increase / decrease in the energization amount has converged, it is determined that the rotational position has normally reached the constraint value.
すなわち、制御手段12は、例えば、回転位置が閉側に向かって変化した後に拘束値たる全閉位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合に、回転位置が全閉位置に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値Ithrを記憶しており、電動モータ2への通電開始後、突入電流により通電量が閾値Ithrを超えて増加し、引き続き通電量が閾値Ithrを下回るように減少した後、再度、増加して閾値Ithrを上回ったときに、回転位置が全閉位置に正常に到達したものと判断する。
That is, for example, when the
また、制御手段12は、突入電流による通電量の一時的な増減が収束したか否かの判断に関し、電動モータ2への通電開始後、通電量が閾値Ithrを下回り、かつ、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になったときに、突入電流による通電量の一時的な増減が収束したものと判断する。
Further, the control means 12 determines whether or not the temporary increase / decrease of the energization amount due to the inrush current has converged, and after the energization of the
また、制御手段12は、ロック電流を推定するロック電流推定手段としての機能を有し、回転位置が拘束値に到達して回転子18が停止したときに、2つのブラシ21a、21bが両方とも複数の整流子片17に跨らずに単独の整流子片17に当接している場合のロック電流の値Iaと、少なくともブラシ21a、21bのいずれか一方が複数の整流子片17に跨りながら当接している場合のロック電流の値Ibとの比Ia/Ibを記憶しており、ロック電流推定手段による推定値Issに比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように閾値Ithrを設定する。
Further, the control means 12 has a function as a lock current estimation means for estimating the lock current, and when the rotation position reaches the constraint value and the
例えば、図3に示すように、電動モータ2がΔ結線された3相の電機子コイル16a〜16cを有し、Δ結線の3つの端子に整流子片17A〜17Cが電気的に接続されている場合を考える(電機子コイル16a〜16cの抵抗値は全て同一の値rであるものとする。)。
For example, as shown in FIG. 3, the
この場合、ロック電流が値Iaを示すのは、例えば、ブラシ21a、21bがそれぞれ整流子片17B、17Cにのみ当接している場合である(図3(a)参照)。また、ロック電流が値Ibを示すのは、例えば、ブラシ21aが整流子片17A、17Bの両方に跨って当接し、ブラシ21bが整流子片17Cにのみ当接している場合である(図3(b)参照)。
In this case, the lock current indicates the value Ia when, for example, the
つまり、ブラシ21a、21bがそれぞれ整流子片17B、17Cにのみ当接している場合、ブラシ21a、21b間の合成抵抗は値rに2/3を乗じた数値となり、ブラシ21aが整流子片17A、17Bの両方に跨って当接し、ブラシ21bが整流子片17Cにのみ当接している場合、ブラシ21a、21b間の合成抵抗は値rに1/2を乗じた数値となる。したがって、比Ia/Ibは0.75となるから、閾値Ithrは推定値Issに0.75を乗じて得た上限値よりも小さくなるように設定される。
That is, when the
なお、比Ia/Ibの数値を一般化すると、電動モータ2に電機子コイル16が2N+1相(Nは自然数)の奇数相だけ備わっている場合、(2N+1)/{2・(N+1)}となり、2N相(Nは自然数)の偶数相だけ備わっている場合、(2N−1)/{2・(N−1)}となる。
In addition, when the numerical value of the ratio Ia / Ib is generalized, when the
また、ロック電流推定手段は、例えば、回転位置が全閉位置に正常に到達したものと判断された後に、電流検出手段11により複数回に亘って検出された複数の通電量の検出値の平均値をロック電流の推定値Issとする。なお、推定値Issを算出する際には、検出値に対して周知のガード処理がなされる。
In addition, the lock current estimation unit is, for example, an average of detection values of a plurality of energization amounts detected multiple times by the
そして、制御手段12は、次回に電動モータ2への通電を制御しながら、弁体3を全閉位置に向かって回転させるときに、今回求めた推定値Issに比Ia/Ibの数値を乗じて得た上限値よりも小さくなるように閾値Ithrを設定し、このように設定された閾値Ithrに基づき、回転位置が全閉位置に正常に到達したか否かを判断する。
The control means 12 then multiplies the estimated value Iss obtained this time by the numerical value of the ratio Ia / Ib when the
さらに、制御手段12は、電動モータ2への通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間、通電量を時間積分し、得られた積分値に基づいて回転位置が正常であるか否かを判断する。
つまり、電動モータ2が直流モータである場合、電動モータ2の回転数を時間tの関数としてN(t)[rad/s]で表し、通電量を時間tの関数としてI(t)で表すと、N(t)とI(t)とは次の〔数式1〕のようなリニアな相関を満たす。
〔数式1〕
N(t)=a−b・I(t)
Furthermore, the control means 12 integrates the energization amount over time from the start of energization to the
That is, when the
[Formula 1]
N (t) = ab−I (t)
また、電動モータ2への通電開始から通電量がステップ状に増加するまでに必要とする時間をT1[s]で表し、電動モータ2への通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間の電動モータ2の回転角をθ[rad]で表すと、θはN(t)を時間tについて0からT1まで定積分することで算出することができる。よって、θは、〔数式1〕を利用することで、次の〔数式2〕のように、I(t)を時間tについて0からT1まで定積分することで得られた数値との間にリニアな相関を有する。
〔数式2〕
The time required from the start of energization to the
[Formula 2]
以上により、弁体3の回転位置と電動モータ2の回転角とは1対1に対応することから、I(t)を時間tについて0からT1まで定積分することで得られた数値に基づき、回転位置が正常であるか否かを判断することができる。
As described above, the rotational position of the
〔実施例1の制御方法〕
実施例1の駆動装置1を用いた制御方法を、図4〜図6に示すフローチャートに基づいて説明する。
ここで、図4に示すメインのフローチャートは、例えば、回転位置の初期値が全開位置であるときに、回転位置が閉側に向かって変化した後に全閉位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合に、回転位置が全閉位置に正常に到達したか否かを判定するものである。そして、図4に示すフローチャートは、電動モータ2への通電開始とともにスタートする。
[Control Method of Example 1]
A control method using the
Here, in the main flowchart shown in FIG. 4, for example, when the initial value of the rotational position is the fully open position, the
通電開始後、まず、ステップS1で初期状態から回転状態に移行したか否かの判定を行う。そして、初期状態から回転状態に移行していないと判定すれば(NO)、ステップS2に進み、初期状態から回転状態に移行していると判定すれば(YES)、ステップS3に進む。 After the start of energization, it is first determined in step S1 whether or not the initial state has shifted to the rotating state. If it is determined that the rotation state is not shifted from the initial state (NO), the process proceeds to step S2, and if it is determined that the rotation state is shifted from the initial state (YES), the process proceeds to step S3.
ここで、初期状態から回転状態に移行したか否かの判定は、図5に示すサブのフローチャートを実行することで行われる。
すなわち、ステップS1−1で、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下であるか否かを判定する。例えば、通電量に関する今回の検出値と前回の検出値との差分の絶対値を「通電量の時間的変化率の絶対値」とみなし、この差分の絶対値が収束値以下になったときに、「通電量の時間的変化率の絶対値」が所定の収束値以下になったものと判定する。
Here, the determination as to whether or not the state has shifted from the initial state to the rotational state is made by executing a sub-flowchart shown in FIG.
That is, in step S1-1, it is determined whether or not the absolute value of the temporal change rate of the energization amount is equal to or less than a predetermined convergence value. For example, when the absolute value of the difference between the current detection value and the previous detection value regarding the energization amount is regarded as “the absolute value of the temporal change rate of the energization amount”, and the absolute value of this difference becomes less than the convergence value , It is determined that “the absolute value of the temporal change rate of the energization amount” is equal to or less than a predetermined convergence value.
そして、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になっていれば(YES)、ステップS1−2に進み、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になっていなければ(NO)、ステップS1−3に進む。そして、ステップS1−3で、回転状態に未だに移行していないものと判定してメインのフローチャートのステップS1に戻る。これにより、ステップS1では、初期状態から回転状態に移行していないものと判定される。 If the absolute value of the temporal change rate of the energization amount is equal to or less than the predetermined convergence value (YES), the process proceeds to step S1-2, and the absolute value of the temporal change rate of the energization amount is equal to or less than the predetermined convergence value. If not (NO), the process proceeds to step S1-3. In step S1-3, it is determined that the rotational state has not been changed yet, and the process returns to step S1 of the main flowchart. Thereby, in step S1, it determines with having not changed to the rotation state from the initial state.
次に、ステップS1−2で、通電量が閾値Ithrよりも小さくなっているか否かを判定する。そして、通電量が閾値Ithrよりも小さくなっていれば(YES)、ステップS1−4に進み、通電量が閾値Ithrよりも小さくなっていなければ(NO)、ステップS1−3に進む。そして、ステップS1−3で、回転状態に未だに移行していないものと判定してメインのフローチャートのステップS1に戻る。これにより、ステップS1では、初期状態から回転状態に移行していないものと判定される。 Next, in step S1-2, it is determined whether the energization amount is smaller than the threshold value Ithr. If the energization amount is smaller than the threshold Ithr (YES), the process proceeds to step S1-4. If the energization amount is not smaller than the threshold Ithr (NO), the process proceeds to step S1-3. In step S1-3, it is determined that the rotational state has not been changed yet, and the process returns to step S1 of the main flowchart. Thereby, in step S1, it determines with having not changed to the rotation state from the initial state.
また、ステップS1−4では、回転状態に移行したものと判定してメインのフローチャートのステップS1に戻る。これにより、ステップS1では、初期状態から回転状態に移行したものと判定される。 In step S1-4, it is determined that the rotation state has been entered, and the process returns to step S1 of the main flowchart. Thereby, in step S1, it determines with having shifted to the rotation state from the initial state.
ステップS2では、通電開始からの経過時間が初期状態の上限時間を超えたか否かの判定を行う。そして、上限時間を超えていないと判定すれば(NO)、ステップS1に戻り、上限時間を超えていると判定すれば(YES)、ステップS4に進み、固着異常と判定する。
ここで、初期状態の上限時間は、突入電流による通電量の一時的な増減が収束するのに、通常、必要とする時間に基づいて設定されている。なお、固着異常とは、例えば、弁体3が全開位置近傍で固着して回転できないような異常である。
In step S2, it is determined whether the elapsed time from the start of energization has exceeded the upper limit time in the initial state. If it is determined that the upper limit time has not been exceeded (NO), the process returns to step S1, and if it is determined that the upper limit time has been exceeded (YES), the process proceeds to step S4, where it is determined that there is a sticking abnormality.
Here, the upper limit time in the initial state is normally set based on the time required for the temporary increase / decrease of the energization amount due to the inrush current to converge. Note that the sticking abnormality is, for example, an abnormality in which the
ステップS3では、回転状態から拘束状態に移行したか否かの判定を行う。そして、回転状態から拘束状態に移行していないと判定すれば(NO)、ステップS5に進み、回転状態から拘束状態に移行していると判定すれば(YES)、ステップS6に進む。 In step S3, it is determined whether or not the rotational state has shifted to the restraint state. If it is determined that the rotational state has not shifted to the restraint state (NO), the process proceeds to step S5. If it is determined that the rotational state has shifted to the restraint state (YES), the process proceeds to step S6.
ここで、回転状態から拘束状態に移行したか否かの判定は、図6に示すサブのフローチャートを実行することで行われる。
すなわち、ステップS3−1で、通電量が閾値Ithrよりも大きくなっているか否かを判定する。そして、通電量が閾値Ithrよりも大きくなっていれば(YES)、ステップS3−2に進み、通電量が閾値Ithrよりも大きくなっていなければ(NO)、ステップS3−3に進む。
Here, the determination as to whether or not the rotation state has shifted to the restraint state is made by executing the sub-flowchart shown in FIG.
That is, in step S3-1, it is determined whether the energization amount is larger than the threshold value Ithr. If the energization amount is larger than the threshold Ithr (YES), the process proceeds to step S3-2. If the energization amount is not greater than the threshold Ithr (NO), the process proceeds to step S3-3.
ステップS3−2では、拘束状態に移行したものと判定してメインのフローチャートのステップS3に戻る。これにより、ステップS3では、回転状態から拘束状態に移行したものと判定される。また、ステップS3−3では、拘束状態に未だに移行していないものと判定してメインのフローチャートのステップS3に戻る。これにより、ステップS3では、回転状態から拘束状態に移行していないものと判定される。 In step S3-2, it is determined that the state has shifted to the restraint state, and the process returns to step S3 of the main flowchart. Thereby, in step S3, it determines with having shifted to the restraint state from the rotation state. In step S3-3, it is determined that the state has not yet been shifted to the constrained state, and the process returns to step S3 of the main flowchart. Thereby, in step S3, it determines with having not transfered from the rotation state to the restraint state.
ステップS5では、回転状態移行後の経過時間が回転状態の上限時間を超えたか否かの判定を行う。そして、上限時間を超えていないと判定すれば(NO)、ステップS3に戻り、上限時間を超えていると判定すれば(YES)、ステップS7に進む。
ステップS6では、回転状態移行後の経過時間が回転状態の下限時間を超えているか否かの判定を行う。そして、下限時間を超えていないと判定すれば(NO)、ステップS8に進み、回転位置異常と判定する。
In step S5, it is determined whether or not the elapsed time after the transition to the rotational state has exceeded the upper limit time of the rotational state. If it is determined that the upper limit time is not exceeded (NO), the process returns to step S3. If it is determined that the upper limit time is exceeded (YES), the process proceeds to step S7.
In step S6, it is determined whether or not the elapsed time after the rotation state transition exceeds the lower limit time of the rotation state. If it is determined that the lower limit time is not exceeded (NO), the process proceeds to step S8, and it is determined that the rotational position is abnormal.
ここで、回転状態の上限時間および下限時間は、全開位置から全閉位置まで弁体3が回転するのに、通常、必要とする時間に基づいて設定されている。なお、回転位置異常とは、例えば、弁体3の全開位置からの回転量が小さい異常である。
Here, the upper limit time and the lower limit time of the rotation state are normally set based on the time required for the
ステップS7では、通電量が断線値よりも小さいか否かの判定を行う。ここで、断線値とは、電動モータ2に断線が発生しているか否かを判定するための基準値である。よって、ステップS7で通電量が断線値よりも小さいと判定すれば(YES)、ステップS9に進んで断線異常と判定する。また、ステップS7で通電量が断線値よりも小さくないと判定すれば(NO)、ステップS10に進んで空転異常と判定する。
In step S7, it is determined whether the energization amount is smaller than the disconnection value. Here, the disconnection value is a reference value for determining whether or not a disconnection has occurred in the
なお、空転異常とは、電動モータ2から弁軸8に至る回転トルクの伝達経路のいずれかの部位において空転が発生している異常であり、例えば、弁軸8とギヤ部材26との固定結合が破損してギヤ部材26が弁軸8に対して空転するような異常である。
The idling abnormality is an anomaly in which idling occurs in any part of the rotational torque transmission path from the
そして、ステップS6で、下限時間を超えていると判定すれば(YES)、ステップS11に進み、回転位置が全開位置から全閉位置に正常に到達したものと判定し、さらに、ステップS12に進んでロック電流を推定してメインのフローチャートを終了する。 If it is determined in step S6 that the lower limit time has been exceeded (YES), the process proceeds to step S11, where it is determined that the rotational position has normally reached the fully closed position from the fully open position, and the process proceeds to step S12. Thus, the lock current is estimated and the main flowchart is terminated.
ここで、制御手段12は、ステップS12を実行することで、ロック電流推定手段として機能する。
なお、通電量の時間積分に基づく回転位置の正常・異常の判定は、上記のメインのフローチャートとは別途に行われ、通電量の時間積分は、電動モータ2への通電開始後、通電量の検出値を、逐次、周知の台形公式等により足し合わせていくことで実行される。
Here, the control means 12 functions as a lock current estimation means by executing step S12.
The normal / abnormal determination of the rotational position based on the time integration of the energization amount is performed separately from the main flowchart, and the time integration of the energization amount is performed after the start of energization of the
〔実施例1の効果〕
実施例1の駆動装置1によれば、制御手段12は、弁体3の回転位置が、例えば、全開位置から全閉位置に向かって変化して全閉位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合に、回転位置が全閉位置に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値Ithrを記憶しており、電動モータ2への通電開始後、突入電流により通電量が閾値Ithrを超えて増加し、引き続き通電量が閾値Ithrを下回るように減少した後、再度、増加して閾値Ithrを上回ったときに、回転位置が全閉位置に正常に到達したものと判断する。
[Effect of Example 1]
According to the
これにより、閾値Ithrを適切に選択することで、弁体3の回転状態から拘束状態への移行に伴う通電量のステップ状の変化を単純に異常とみなすことなく、弁体3が回転状態から拘束状態へ正常に移行したか否かを確実に判断することができる。
なお、弁体3が回転状態から拘束状態へ正常に移行していない場合には、ステップS4で固着異常、ステップS8で回転位置異常、ステップS9で断線異常、またはステップS10で空転異常と判定されている。
Thereby, by appropriately selecting the threshold value Ithr, the
If the
また、制御手段12は、電動モータ2への通電開始後、通電量が閾値Ithrを下回り、かつ、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になったときに、突入電流が収束して初期状態が回転状態に移行したものと判断する。
これにより、突入電流の収束に必要とする時間が経時変動しても、突入電流の収束を確実に検知することができる。
In addition, after the energization of the
Thereby, even if the time required for convergence of the inrush current varies with time, the convergence of the inrush current can be reliably detected.
また、電動モータ2は、例えば、図3に示す周知の直流モータであり、制御手段12は、ブラシ21a、21bがそれぞれ整流子片17B、17Cにのみ当接している場合のロック電流の値Iaと、ブラシ21aが整流子片17A、17Bの両方に跨って当接し、ブラシ21bが整流子片17Cにのみ当接している場合のロック電流の値Ibとの比Ia/Ibを記憶しており、ロック電流推定手段による推定値Issに比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように閾値Ithrを設定する。
これにより、弁体3が拘束状態にある時の電動モータ2におけるブラシ21a、21bと整流子片17A〜17Cとの当接状態に係わらず、弁体3の非拘束状態から拘束状態への正常移行を確実に判断することができる。
Further, the
As a result, the normal state of the
また、制御手段12は、電動モータ2への通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間、通電量を時間積分し、得られた積分値に基づいて弁体3の回転位置が正常であるか否かを判断する。
電動モータ2において通電量と回転数とはリニアな相関を満たすので、通電量を時間積分して得た積分値と電動モータ2の回転角との間もリニアな相関となる。よって、電動モータ2の回転角と弁体3の回転位置とが1対1に対応することから、積分値に基づいて回転位置が正常であるか否かを高精度に判断することができる。
Further, the control means 12 integrates the energization amount over time from the start of energization to the
In the
〔実施例2の構成〕
実施例2の駆動装置1は、図7に示すように、電動モータ2の周囲の温度(以下、「周囲の温度」を周囲温度と略す。)を推定する温度推定手段40と、電動モータ2に電力を供給する電源13の電圧(以下、電源電圧と略す。)を検出する電源電圧検出手段41とを備える。ここで、電源電圧検出手段41は、周知の電圧検出回路であり、電源電圧に応じた検出信号を制御手段12に出力する。また、温度推定手段40は、例えば、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサであり、エンジン冷却水の温度を電動モータ2の周囲の温度として代用することで、電動モータ2の周囲温度を推定する。
[Configuration of Example 2]
As shown in FIG. 7, the
また、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、ロック電流と電源電圧との比(以下、拘束時コンダクタンスと呼ぶ。)を、電動モータ2の周囲温度を変数Tとする関数P(T)として記憶している。より具体的に、制御手段12は、図8(a)に示すように、電動モータ2の周囲温度および拘束時コンダクタンスの数値をTおよびP(T)のテーブルデータとして記憶している。
Further, as a function of the lock current estimation means, the control means 12 uses a function P (T) in which the ratio between the lock current and the power supply voltage (hereinafter referred to as “conductance at restraint”) is the variable T as the ambient temperature of the
また、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、電動モータ2の周囲温度の推定値を関数P(T)のTに当てはめることで拘束時コンダクタンスを算出する。この場合、制御手段12は、電動モータ2の周囲温度の推定値がテーブルデータとして記憶されている数値そのものでなくても、直線補間により拘束時コンダクタンスを算出する。そして、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、算出した拘束時コンダクタンスに電源電圧の検出値を乗ずることでロック電流の推定値Issを算出する。
Further, as a function of the lock current estimation unit, the
そして、制御手段12は、拘束時コンダクタンスを利用して算出したロック電流の推定値Issに比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように閾値Ithrを設定する。 Then, the control means 12 sets the threshold value Ithr so as not to exceed the upper limit value obtained by multiplying the estimated value Iss of the lock current calculated using the restricted conductance by the ratio Ia / Ib.
さらに、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、電流検出手段11により得られた通電量の検出値、温度推定手段40により推定された電動モータ2の周囲温度の推定値、および、電源電圧検出手段41により得られた電源電圧の検出値に基づき関数P(T)を修正する。具体的に、制御手段12は、電流検出手段11により検出されたロック電流の検出値を電源電圧の検出値で除することで、拘束時コンダクタンスの実測値Pを算出し、この実測値Pを利用することでテーブルデータの関数P(T)の数値を更新する。
Further, the control means 12 functions as a lock current estimation means, the detected value of the energization amount obtained by the current detection means 11, the estimated value of the ambient temperature of the
例えば、実測値Pの算出に利用したロック電流の検出値および電源電圧の検出値を検出したときの電動モータ2の周囲温度の推定値が、図8(b)に示すように、0℃と20℃の間のTs℃であったとする。そして、「Ts℃と0℃との差分」と、「20℃とTs℃との差分」との比をs:1−s(ただし、0<s<1とする。)とし、更新前のP(0)およびP(20)に基づき直線補間により求めた拘束時コンダクタンスをP(Ts)とし、実測値PとP(Ts)との差分をΔP(Ts)とする。
For example, as shown in FIG. 8B, the estimated value of the ambient temperature of the
この場合、更新前のP(0)およびP(20)の数値に対し、Ts℃に応じた重み付けを行うと、更新後のP(0)およびP(20)の数値は、図8(c)に示すように更新される。 In this case, if weighting according to Ts ° C. is performed on the numerical values of P (0) and P (20) before the update, the numerical values of P (0) and P (20) after the update are as shown in FIG. It is updated as shown in
〔実施例2の効果〕
実施例2の駆動装置1は、電動モータ2の周囲温度を推定する温度推定手段40と、電源電圧を検出する電源電圧検出手段41とを備え、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、電動モータ2の周囲温度および拘束時コンダクタンスのテーブルデータに基づき、電動モータ2の周囲温度の推定値を利用して拘束時コンダクタンスを算出し、さらに算出した拘束時コンダクタンスに電源電圧の検出値を乗ずることでロック電流の推定値Issを算出する。
これにより、ロック電流の推定値Issを、温度特性を反映して算出することができる。
[Effect of Example 2]
The
Thereby, the estimated value Iss of the lock current can be calculated by reflecting the temperature characteristic.
また、制御手段12は、ロック電流推定手段の機能として、電動モータ2の通電量の検出値、電動モータ2の周囲温度の推定値、および、電源電圧の検出値に基づきテーブルデータを修正する。
これにより、電動モータ2の特性等が経時変化しても、テーブルデータの拘束時コンダクタンスの数値を高精度に更新することができる。このため、電動モータ2の特性等が経時変化しても、高精度にロック電流を推定することができる。
Moreover, the control means 12 corrects table data based on the detected value of the energization amount of the
Thereby, even if the characteristics of the
〔実施例3〕
実施例3の駆動装置1によれば、図9に示すように、制御手段12は、制御信号としてPWM信号を駆動回路14の4つのスイッチング素子25に出力することで、電動モータ2への通電を制御する。そして、制御手段12が電流検出手段11から通電量の検出値を取得するサンプリング周波数は、PWM信号の周波数をPWM信号のデューティ比で除したものよりも大きい。
これにより、PWM信号のオン時間帯における通電量の検出値を確実に取得することができるので、PWM信号のオフ時間帯の通電量の検出値のみを取得してしまう事態を回避することができる。
Example 3
According to the
As a result, the detection value of the energization amount during the on-time period of the PWM signal can be acquired with certainty, so that the situation where only the detection value of the energization amount during the off-time period of the PWM signal is acquired can be avoided. .
また、制御手段12は、取得した通電量の検出値の内、所定の基準値以下の値を示すものは、図4のメインのフローチャートや、図5および図6のサブのフローチャートにおける各種判定処理等に利用しない。
これにより、PWM信号のオフ時間帯に取得した検出値を用いることによる誤判定等を阻止することができる。
Further, the control means 12 indicates various determination processes in the main flowchart of FIG. 4 and the sub flowcharts of FIG. 5 and FIG. We do not use for etc.
As a result, it is possible to prevent misjudgment or the like by using the detection value acquired during the off-time period of the PWM signal.
〔変形例〕
駆動装置1の態様は、実施例1〜3に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の駆動装置1は、回転位置の初期値が全開位置であるときに、回転位置が閉側に向かって変化した後に全閉位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合に、拘束状態への移行に関して正常、異常の判定を行うものであったが、例えば、回転位置の初期値が全閉位置であるときに、回転位置が開側に向かって変化した後に全開位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合にも拘束状態への移行に関して正常、異常の判定を行うことができる。
[Modification]
The mode of the
For example, when the initial value of the rotational position is the fully open position, the
また、全開位置と全閉位置との間の中間位置に拘束状態が存在する場合、中間位置に到達するように電動モータ2への通電を制御する場合にも拘束状態への移行に関して正常、異常の判定を行うことができる。
また、実施例の駆動装置1は、TCV装置4に適用されていたが、例えば、スロットル装置に駆動装置1を適用してもよく、排気ガスの一部を吸気系統に導入して内燃機関に吸入させるためのEGR装置に駆動装置1を適用してもよい。
In addition, when a restraint state exists at an intermediate position between the fully open position and the fully closed position, even when controlling the energization of the
In addition, the
また、実施例の駆動装置1により駆動される被駆動体としての弁体3は、弁軸8の周囲で回転するバタフライ弁であったが、被駆動体をポペット弁、ニードル弁等の他の形状とし、このような被駆動体を駆動装置1により駆動してもよい。
さらに、実施例の駆動装置1によれば、拘束値の対象となる変位量は、弁体3の回転位置であったが、例えば、弁体3がポペット弁等である場合には、変位量を弁体3の直線的な移動量として駆動装置1を適用してもよい。
In addition, the
Further, according to the
1 駆動装置
2 電動モータ
3 弁体(被駆動体)
11 電流検出手段
12 制御手段(ロック電流推定手段)
13 電源
14 駆動回路
16、16a〜16c 電機子コイル
17、17A〜17C 整流子片
18 回転子
19 界磁極
20 固定子
21a、21b ブラシ
40 温度推定手段
41 電源電圧検出手段
Ithr 閾値
Iss ロック電流の推定値
DESCRIPTION OF
11 current detection means 12 control means (lock current estimation means)
13
Claims (8)
前記制御手段により前記電動モータへの通電を制御しながら、前記電動モータが発生する駆動力を被駆動体に伝達して、この被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変化させる電動式駆動装置において、
前記電動モータから伝達される駆動力により変化する前記被駆動体の位置および姿勢の一方または両方を変位量と定義すれば、
前記変位量の値には、前記変位量が一方向に変化するように前記電動モータから前記被駆動体に駆動力を伝達し続けても、前記被駆動体が機械的に拘束されて前記変位量が一方向に変化しない拘束値が存在し、
前記電動モータへの通電量は、前記変位量が一方向に向かって変化した後に前記拘束値に到達するとステップ状に増加し、
前記制御手段は、
前記変位量が一方向に向かって変化した後に前記拘束値に到達するように前記電動モータへの通電を制御する場合、前記変位量が前記拘束値に正常に到達したか否かを判定するための通電量に関する閾値を記憶しており、
前記電動モータへの通電開始後、突入電流により通電量が前記閾値を超えて増加し、引き続き通電量が前記閾値を下回るように減少した後、再度、増加して前記閾値を上回ったときに、前記変位量が前記拘束値に正常に到達したものと判断することを特徴とする電動式駆動装置。 An electric motor that generates a driving force by energization, a current detection unit that detects an energization amount to the electric motor, and a control unit that controls energization to the electric motor,
Electric drive that transmits a driving force generated by the electric motor to a driven body while controlling energization to the electric motor by the control means, and changes one or both of the position and posture of the driven body. In the device
If one or both of the position and orientation of the driven body that change due to the driving force transmitted from the electric motor is defined as a displacement amount,
Even if the driving force continues to be transmitted from the electric motor to the driven body so that the displacement amount changes in one direction, the driven body is mechanically constrained to the displacement amount. There is a constraint value that does not change in one direction,
When the amount of energization to the electric motor reaches the constraint value after the displacement amount changes in one direction, the amount increases in a stepped manner.
The control means includes
In order to determine whether or not the displacement amount has normally reached the constraint value when controlling the energization to the electric motor so as to reach the constraint value after the displacement amount has changed in one direction. Remembers the threshold value for the energization amount of
After the start of energization to the electric motor, the energization amount increases beyond the threshold due to the inrush current, and after the energization amount decreases to fall below the threshold, then increases again and exceeds the threshold, It is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value.
前記制御手段は、前記電動モータへの通電開始後、通電量が前記閾値を下回り、かつ、通電量の時間的変化率の絶対値が所定の収束値以下になったときに、突入電流による通電量の一時的な増減が収束したものと判断することを特徴とする電動式駆動装置。 The electric drive device according to claim 1,
After the energization of the electric motor is started, the control means energizes the inrush current when the energization amount falls below the threshold and the absolute value of the temporal change rate of the energization amount becomes a predetermined convergence value or less. It is determined that the temporary increase / decrease in amount has converged.
前記電動モータは、
複数の電機子コイルおよび複数の整流子片を具備する回転子、複数の界磁極を具備する固定子、および前記整流子片に摺接して前記電機子コイルに通電するための2つのブラシを有し、
前記電機子コイルに流れる電流と前記界磁極により形成される磁束との交互作用により回転トルクを発生し、
前記制御手段は、
前記拘束値到達後に増加した通電量をロック電流と定義すると、このロック電流を推定するロック電流推定手段を有し、
前記変位量が前記拘束値に到達して前記回転子が停止したときに、2つの前記ブラシが両方とも複数の前記整流子片に跨らずに単独の前記整流子片に当接している場合の前記ロック電流の値Iaと、少なくとも1つの前記ブラシが複数の前記整流子片に跨りながら当接している場合の前記ロック電流の値Ibとの比Ia/Ibを記憶しており、
前記ロック電流推定手段による推定値に前記比Ia/Ibを乗じて得た上限値を超えないように前記閾値を設定することを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to claim 1 or 2,
The electric motor is
A rotor having a plurality of armature coils and a plurality of commutator pieces, a stator having a plurality of field poles, and two brushes for slidingly contacting the commutator pieces and energizing the armature coils. And
Rotational torque is generated by the interaction between the current flowing through the armature coil and the magnetic flux formed by the field pole,
The control means includes
When the energization amount increased after reaching the constraint value is defined as a lock current, it has a lock current estimation means for estimating the lock current,
When the displacement reaches the constraint value and the rotor stops, the two brushes are both in contact with the single commutator piece without straddling the plurality of commutator pieces. A ratio Ia / Ib between the lock current value Ia and the lock current value Ib when at least one of the brushes is in contact with the plurality of commutator pieces.
The electric drive apparatus characterized in that the threshold value is set so as not to exceed an upper limit value obtained by multiplying the estimated value obtained by the lock current estimating means by the ratio Ia / Ib.
前記ロック電流推定手段は、
前記変位量が前記拘束値に正常に到達したものと判断された後に、前記電流検出手段により複数回に亘って検出された複数の通電量の検出値の平均値を前記ロック電流の推定値とすることを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to claim 3,
The lock current estimation means includes
After it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value, an average value of detection values of a plurality of energization amounts detected a plurality of times by the current detection means is used as an estimated value of the lock current. An electric drive device characterized by that.
前記電動モータの周囲の温度を推定する温度推定手段と、
前記電動モータに電力を供給する電源の電圧を検出する電源電圧検出手段とを備え、
前記ロック電流推定手段は、
前記ロック電流と前記電源の電圧との比を、前記電動モータの周囲の温度を変数とする関数として記憶しており、
前記温度推定手段により推定された前記電動モータの周囲の温度の推定値を前記関数に当てはめることで前記ロック電流と前記電源の電圧との比を算出し、この算出した比に前記電源電圧検出手段により検出された前記電源の電圧の検出値を乗ずることで前記ロック電流の推定値を算出することを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to claim 3,
Temperature estimation means for estimating the ambient temperature of the electric motor;
Power supply voltage detection means for detecting the voltage of a power supply for supplying power to the electric motor,
The lock current estimation means includes
The ratio between the lock current and the voltage of the power source is stored as a function with the temperature around the electric motor as a variable,
By applying an estimated value of the ambient temperature of the electric motor estimated by the temperature estimation means to the function, a ratio between the lock current and the power supply voltage is calculated, and the power supply voltage detection means is calculated based on the calculated ratio. The estimated value of the lock current is calculated by multiplying the detected value of the voltage of the power source detected by the electric drive device.
前記ロック電流推定手段は、
前記変位量が前記拘束値に正常に到達したものと判断された後に、前記電流検出手段により得られた通電量の検出値、前記温度推定手段により推定された前記電動モータの周囲の温度の推定値、および、前記電源電圧検出手段により得られた前記電源の電圧の検出値に基づき前記関数を修正することを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to claim 5,
The lock current estimation means includes
After it is determined that the displacement amount has normally reached the constraint value, the detection value of the energization amount obtained by the current detection unit, the estimation of the ambient temperature of the electric motor estimated by the temperature estimation unit The electric drive device, wherein the function is corrected based on a value and a detected value of the voltage of the power source obtained by the power source voltage detecting means.
前記制御手段は、
前記電動モータへの通電開始から通電量がステップ状に増加するまでの間、通電量を時間積分し、
この得られた積分値に基づいて前記変位量が正常であるか否かを判断することを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to any one of claims 1 to 6,
The control means includes
From the start of energization to the electric motor until the energization amount increases stepwise, the energization amount is integrated over time,
An electric drive device characterized by determining whether or not the displacement amount is normal based on the obtained integral value.
前記制御手段からの制御信号の入力開始および入力停止に応じて前記電動モータへの通電をオンオフする駆動回路を備え、
前記制御手段は、前記制御信号としてPWM信号を前記駆動回路に出力することで、前記電動モータへの通電を制御し、
前記制御手段が前記電流検出手段から通電量の検出値を取得するサンプリング周波数は、前記PWM信号の周波数を前記PWM信号のデューティ比で除したものよりも大きいことを特徴とする電動式駆動装置。 In the electric drive device according to any one of claims 1 to 7,
A drive circuit for turning on and off the energization of the electric motor in response to an input start and an input stop of a control signal from the control means;
The control means controls the energization to the electric motor by outputting a PWM signal to the drive circuit as the control signal,
The electric drive apparatus according to claim 1, wherein a sampling frequency at which the control means acquires a detected value of the energization amount from the current detection means is greater than a frequency obtained by dividing the frequency of the PWM signal by the duty ratio of the PWM signal.
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