JP2023076319A - 電動弁制御装置および電動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータードライバの内部温度の上昇を抑制できる電動弁制御装置および電動弁装置を提供する。【解決手段】電動弁制御装置７０のコンピュータ８０は、電動弁５の目標弁開度Ｄｔを含む弁開度変更命令を受信すると、電動弁５の弁開度を目標弁開度Ｄｔにするためにモータードライバ７７に入力するパルスＰの数である目標数Ｎｔを取得する。コンピュータ８０は、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温でないと判定したとき、モータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを連続して入力する。コンピュータ８０は、周囲温度Ｔａが高温であると判定したとき、モータードライバ７７に入力したパルスＰの数が目標数Ｎｔに到達するまで、モータードライバ７７に単位数ＮｕずつパルスＰを連続して入力し、単位数ＮｕのパルスＰを入力する毎にパルス入力休止期間を設ける。【選択図】図９

Description

本発明は、電動弁制御装置および電動弁制御装置を有する電動弁装置に関する。

特許文献１は、従来の電動弁装置の一例を開示している。電動弁装置は、電動弁と、電動弁制御装置と、を有している。電動弁は、エアコンの冷凍サイクルに組み込まれる。電動弁は、弁本体と、弁体と、弁体を移動させるためのステッピングモーターと、を有している。ステッピングモーターは、ローターとステーターとを有している。ステッピングモーターは、電動弁制御装置のモータードライバに接続されている。モータードライバにパルスが入力されると、モータードライバはパルスに対応した駆動電流をステーターに供給して、ローターを回転させる。ローターの回転に応じて弁体が移動し、電動弁の弁開度が変更される。

電動弁は、電動弁制御装置によって制御される。電動弁制御装置は、電動弁の弁開度を最小開度から最大開度の範囲内で変更する。電動弁制御装置は、エアコン制御装置から電動弁の目標弁開度を含む弁開度変更命令を受信すると、目標弁開度に基づいて算出した数のパルスをモータードライバに入力する。これにより、電動弁の弁開度が目標弁開度に変更される。

国際公開第２０１９／１３０９２８号

モータードライバは、集積回路が形成されたダイと、ダイが封入されたＩＣパッケージと、を有している。モータードライバのジャンクション温度などに基づいて、モータードライバ使用時の周囲温度の範囲（使用温度範囲）が規定されている。電動弁装置は、車両のエンジンルームなどの高温の場所に設置されることがある。モータードライバが高温環境下で使用されると、モータードライバの内部温度が上昇しやすくなる。モータードライバの内部温度の上昇は、誤動作や故障の原因になり得る。

そこで、本発明は、モータードライバの内部温度の上昇を抑制できる電動弁制御装置および電動弁制御装置を有する電動弁装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電動弁制御装置は、ステッピングモーターを有する電動弁を制御する電動弁制御装置であって、前記ステッピングモーターと接続されたモータードライバにパルスを入力する制御部を有し、前記モータードライバが、前記ステッピングモーターにパルスに対応した駆動電流を供給し、前記制御部が、前記電動弁の目標弁開度を含む弁開度変更命令を受信すると、前記電動弁の弁開度を前記目標弁開度にするために前記モータードライバに入力するパルスの数である目標数を取得し、前記制御部が、前記モータードライバの周囲温度が高温でないと判定したとき、前記モータードライバに前記目標数のパルスを連続して入力し、前記制御部が、前記周囲温度が高温であると判定したとき、前記モータードライバに連続して入力するパルスの数である単位数を取得し、前記モータードライバに入力したパルスの数が前記目標数に到達するまで、前記モータードライバに前記単位数ずつパルスを連続して入力し、前記単位数のパルスを入力する毎にパルス入力休止期間を設ける、ことを特徴とする。

本発明において、前記ステッピングモーターが、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、前記モータードライバが、前記Ａ相ステーターと前記Ｂ相ステーターとにパルスに対応した駆動電流を供給し、前記パルス入力休止期間の直前に前記モータードライバに入力されるパルスが、前記モータードライバに前記Ａ相ステーターのみまたは前記Ｂ相ステーターのみに駆動電流を供給させるパルスである、ことが好ましい。

本発明において、前記パルス入力休止期間の長さが、当該パルス入力休止期間の直前の前記単位数のパルスの入力に要した時間の長さ以上である、ことが好ましい。

上記目的を達成するために、本発明の他の一態様に係る電動弁装置は、ステッピングモーターを有する電動弁と、前記電動弁制御装置と、を有する。

電動弁制御装置は、モータードライバの周囲温度が高温でないと判定したとき、モータードライバに目標数のパルスを一度に連続して入力する。電動弁制御装置は、モータードライバの周囲温度が高温であると判定したとき、モータードライバに目標数のパルスを一度に入力せずに、モータードライバに単位数ずつパルスを入力する。そして、電動弁制御装置は、モータードライバに単位数のパルスを入力する毎にパルスを入力しないパルス入力休止期間を設ける。そのため、モータードライバの長時間の連続動作を回避して、モータードライバの内部温度の上昇を抑制できる。

本発明の一実施例に係る電動弁装置を有するエアコンシステムのブロック図である。 図１の電動弁装置の断面図である。 図１の電動弁装置が有する弁軸ホルダー、ストッパ部材、ローターおよびステーターの平面図である。 図１の電動弁装置が有するコンピュータ、モータードライバおよびステッピングモーターを説明する図である。 モータードライバに入力されるパルス数と電動弁の弁開度との対応を示すデータテーブルの一例を示す図である。 図１の電動弁装置が有するコンピュータが実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図１の電動弁装置が有するコンピュータが実行する処理の一例を示すフローチャートである（図６の続き）。 モータードライバに入力されたパルスの数とモータードライバの内部温度との時間変化を示すグラフである（目標数のパルスを連続して入力する場合）。 モータードライバに入力されたパルスの数とモータードライバの内部温度との時間変化を示すグラフである（単位数のパルスを連続して入力する毎にパルス入力休止期間を設ける場合）。

以下、本発明の一実施例に係る電動弁装置の構成について、図１～図５を参照して説明する。本実施例に係る電動弁装置１は、例えば、エアコンの冷凍サイクルにおいて冷媒流量を制御する流量制御弁として使用される。

図１は、本発明の一実施例に係る電動弁装置を有するエアコンシステムのブロック図である。図２は、図１の電動弁装置の断面図である。図２において、ステーターおよび電動弁制御装置を模式的に示している。図２において、ステーターおよび電動弁制御装置を収容するハウジングの図示を省略している。図３は、図１の電動弁装置が有する弁軸ホルダー、ストッパ部材、ローターおよびステーターの平面図である。図３において、ステーターを模式的に示している。図３において、ローターの磁極を模式的に示している。図４は、図１の電動弁装置が有するコンピュータ、モータードライバおよびステッピングモーターを説明する図である。図４Ａは、コンピュータとモータードライバとステッピングモーターとの接続を模式的に示す。図４Ｂは、パルスとモータードライバがステーターに供給する駆動電流との対応の一例を示す。図５は、モータードライバに入力されるパルス数と電動弁の弁開度との対応を示すデータテーブルの一例を示す図である。

図１に、車両に搭載されるエアコンシステム１００の一例を示す。このエアコンシステム１００は、配管１０５を介して順に接続された圧縮機１０１、凝縮器１０２、電動弁装置１（電動弁５）および蒸発器１０３を有している。電動弁装置１は、膨張弁である。エアコンシステム１００は、エアコン制御装置１１０を有している。エアコン制御装置１１０は、電動弁装置１と通信可能に接続されている。エアコン制御装置１１０は、電動弁装置１を用いて配管１０５を流れる冷媒の流量を制御する。

図２に示すように、電動弁装置１は、電動弁５と、電動弁制御装置７０と、を有している。

電動弁５は、弁本体１０と、キャン２０と、弁体３０と、駆動機構４０と、ステーター６０と、を有している。

弁本体１０は、本体部材１１と、接続部材１３と、を有している。本体部材１１は、円柱形状を有している。本体部材１１は、弁室１４を有している。本体部材１１には、第１導管１５および第２導管１６が接合されている。第１導管１５は、軸線Ｌと直交する方向（図２の左右方向）に沿って配置され、弁室１４に接続されている。第２導管１６は、軸線Ｌ方向（図２の上下方向）に沿って配置され、弁口１７を介して弁室１４に接続されている。弁口１７は、弁室１４において円環形状の弁座１８に囲まれている。本体部材１１の上端面には、円形の嵌合穴１１ａが形成されている。嵌合穴１１ａの内周面は、図２において左方を向く平面１１ｄを有している。嵌合穴１１ａの底面には、弁室１４に通じる貫通孔１１ｂが形成されている。接続部材１３は、円環板形状を有している。接続部材１３の内周縁は、本体部材１１の上端部に接合されている。本体部材１１および接続部材１３は、アルミニウム合金、ステンレスまたは真ちゅうなどの金属製である。

キャン２０は、ステンレスなどの金属製である。キャン２０は、下端部が開口しかつ上端部が塞がれた円筒形状を有している。キャン２０の下端部は、接続部材１３の外周縁に接合されている。

弁体３０は、第１軸部３１と、第２軸部３２と、弁部３３と、を有している。第１軸部３１と第２軸部３２とは、円柱形状を有している。第２軸部３２の径は、第１軸部３１の径より小さい。第２軸部３２は、第１軸部３１の上端部に同軸に連設されている。第１軸部３１と第２軸部３２との連設部分に、上方を向く円環状の平面である段部３４が形成されている。弁部３３は、上方から下方に向かうにしたがって径が小さくなる略円錐形状を有している。弁部３３は、第１軸部３１の下端部に同軸に連設されている。弁部３３の先端は、弁口１７に配置される。弁部３３と弁口１７との間に可変絞り部が形成される。弁部３３は、弁座１８と向かい合って配置される。弁部３３は、閉弁状態において弁座１８に接する。

駆動機構４０は、弁体３０を上下方向（軸線Ｌ方向）に移動させる。弁体３０の移動によって弁口１７の開度（すなわち、電動弁５の弁開度）が変わる。駆動機構４０は、ローター４１と、弁軸ホルダー４２と、ガイドブッシュ４３と、ストッパ部材４４と、固定具４５と、を有している。

ローター４１は、円筒形状を有している。ローター４１の外径は、キャン２０の内径より若干小さい。ローター４１は、キャン２０の内側に配置される。ローター４１は、弁本体１０に対して回転可能である。ローター４１の外周面には、複数のＮ極および複数のＳ極が形成されている。複数のＮ極および複数のＳ極は、上下方向に延在している。複数のＮ極および複数のＳ極は、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、ローター４１は、Ｎ極を１２個有し、Ｓ極を１２個有している。互いに隣り合うＮ極とＳ極との間の角度は、１５度である。

弁軸ホルダー４２は、下端部が開口しかつ上端部が塞がれた円筒形状を有している。弁軸ホルダー４２はローター４１の嵌合孔４１ａに嵌合されている。弁軸ホルダー４２は、ローター４１と共に回転する。弁軸ホルダー４２は、可動ストッパ４２ｓを有している。可動ストッパ４２ｓは、弁軸ホルダー４２の外周面の下端部から径方向外方に突出する突部である。弁軸ホルダー４２の上壁部４２ａには、軸孔４２ｂが形成されている。軸孔４２ｂには、弁体３０の第２軸部３２が軸線Ｌ方向に移動可能に配置される。弁軸ホルダー４２の上壁部４２ａの下面にはワッシャー４６が配置される。ワッシャー４６と弁体３０の段部３４との間には閉弁ばね４７が配置される。閉弁ばね４７は、コイルばねであり、弁体３０を弁座１８に向けて押す。弁軸ホルダー４２の内周面には、雌ねじ４２ｃが形成されている。可動ストッパ４２ｓは、ローター４１に対して固定されている。

ガイドブッシュ４３は、基部４３ａと、支持部４３ｂと、を有している。基部４３ａと支持部４３ｂとは、円筒形状を有している。基部４３ａの外周面は、平面４３ｄを有している。基部４３ａは本体部材１１の嵌合穴１１ａに圧入され、平面４３ｄが嵌合穴１１ａの平面１１ｄと接する。これにより、本体部材１１の中心軸とガイドブッシュ４３の中心軸とが軸線Ｌ上で一致するとともに、ガイドブッシュ４３が本体部材１１に対して軸線Ｌ周りに正しく位置付けられる。支持部４３ｂの外径は、基部４３ａの外径より小さい。支持部４３ｂの内径は、基部４３ａの内径と同じである。支持部４３ｂは、基部４３ａの上端部に同軸に連設されている。支持部４３ｂの外周面には、雄ねじ４３ｃが形成されている。雄ねじ４３ｃは、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃと螺合される。弁軸ホルダー４２とガイドブッシュ４３とは、ローター４１の回転を直線運動に変換するねじ機構を構成する。ガイドブッシュ４３の内側には、弁体３０の第１軸部３１が配置される。ガイドブッシュ４３は、弁体３０を軸線Ｌ方向に移動可能に支持する。

ストッパ部材４４は、ストッパ本体４４ａを有している。ストッパ本体４４ａは、円筒形状を有している。ストッパ本体４４ａの内周面には、雌ねじ４４ｃが形成されている。ストッパ本体４４ａは、固定ストッパ４４ｓを有している。固定ストッパ４４ｓは、ストッパ本体４４ａの外周面から径方向外方に突出する突部である。雌ねじ４４ｃは、ストッパ本体４４ａがガイドブッシュ４３の基部４３ａに当接するまで雄ねじ４３ｃに螺合されている。これにより、ストッパ部材４４は、ガイドブッシュ４３に固定される。固定ストッパ４４ｓは、弁本体１０に対して固定されている。

固定具４５は、固定部４５ａと、フランジ部４５ｂと、を有している。固定部４５ａは、段付きの円筒形状を有している。固定部４５ａの内側には、弁体３０の第２軸部３２が配置される。固定部４５ａは、第２軸部３２に接合される。フランジ部４５ｂは、固定部４５ａの下端部に連設されている。固定具４５の外側には、復帰ばね４８が配置される。復帰ばね４８は、コイルばねである。なお、本発明において復帰ばね４８は必須の構成要素ではない。

ステーター６０は、円筒形状を有している。ステーター６０は、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、を有している。

Ａ相ステーター６１は、複数のクローポール型の極歯６１ａ、６１ｂを内周に有している。極歯６１ａの先端は下方に向いており、極歯６１ｂの先端は上方に向いている。極歯６１ａと極歯６１ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ａ相ステーター６１は、極歯６１ａを１２個有し、極歯６１ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６１ａと極歯６１ｂとの間の角度は、１５度である。Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃが通電されると、極歯６１ａと極歯６１ｂとは互いに異なる極性の磁極となる。

Ｂ相ステーター６２は、複数のクローポール型の極歯６２ａ、６２ｂを内周に有している。極歯６２ａの先端は下方に向いており、極歯６２ｂの先端は上方に向いている。極歯６２ａと極歯６２ｂとは、周方向に等角度間隔で交互に配置されている。本実施例において、Ｂ相ステーター６２は、極歯６２ａを１２個有し、極歯６２ｂを１２個有している。互いに隣り合う極歯６２ａと極歯６２ｂとの間の角度は、１５度である。Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃが通電されると、極歯６２ａと極歯６２ｂとは互いに異なる極性の磁極となる。

Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とは、同軸に配置されている。軸線Ｌ方向から見たときに互いに隣り合うＡ相ステーター６１の極歯６１ａとＢ相ステーター６２の極歯６２ａとの間の角度は、７．５度である。つまり、Ｂ相ステーター６２は、極歯６１ａと極歯６２ａとが軸線Ｌ方向に並ぶ位置からＡ相ステーター６１に対して軸線Ｌ周りに７．５度回転した位置にある。図４Ａに示すように、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃの端子Ａ１、Ａ２およびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃの端子Ｂ１、Ｂ２は、電動弁制御装置７０のモータードライバ７７に接続されている。

ステーター６０の内側には、キャン２０が配置される。ステーター６０は、キャン２０の内側に配置されたローター４１とともにステッピングモーター６６を構成する。

ステッピングモーター６６にパルスＰが入力されることによりローター４１が回転する。具体的には、ステッピングモーター６６のステーター６０にパルスＰに対応した駆動電流が供給されることによりローター４１が回転する。本明細書において、「ステッピングモーター６６にパルスＰが入力されること」は、「ステッピングモーター６６のステーター６０にパルスＰに対応した駆動電流が供給されること」と同義である。

ステッピングモーター６６には、図４Ｂに示すパルスＰ［１］～Ｐ［８］が順番に入力される。本実施例において、パルスＰの速度は１２５ｐｐｓである。パルスＰの速度は４００ｐｐｓであってもよい。パルスＰの速度は、電動弁装置１が組み込まれるシステムなどに応じて適宜設定される。

ローター４１を一方向（図３において時計方向）に回転させる場合、ステッピングモーター６６にパルスＰを昇順（パルスＰ［１］～Ｐ［８］の順番）で循環的に入力する。ローター４１が一方向に回転すると、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用によってローター４１が下方に移動する。ローター４１が、閉弁ばね４７を介して弁体３０を下方に押す。弁体３０が下方に移動して弁部３３が弁座１８に接する。このときのローター４１の位置は、閉弁位置Ｒｃである。この状態からローター４１を一方向にさらに回転させると、閉弁ばね４７が圧縮されてローター４１が下方にさらに移動する。弁体３０は下方に移動しない。そして、弁軸ホルダー４２の可動ストッパ４２ｓがストッパ部材４４の固定ストッパ４４ｓに接すると、ローター４１の一方向への回転が規制される。このときのローター４１の位置は、基準位置Ｒｘである。可動ストッパ４２ｓおよび固定ストッパ４４ｓは、ローター４１の一方向への回転を規制するストッパ機構４９である。

ローター４１を一方向と反対の他方向（図３において反時計方向）に回転させる場合、ステッピングモーター６６にパルスＰを降順（パルスＰ［８］～Ｐ［１］の順番）で循環的に入力する。ローター４１が他方向に回転すると、弁軸ホルダー４２の雌ねじ４２ｃとガイドブッシュ４３の雄ねじ４３ｃとのねじ送り作用によってローター４１が上方に移動する。ローター４１と共に弁軸ホルダー４２が上方に移動して、弁軸ホルダー４２が固定具４５を上方に押す。固定具４５とともに弁体３０が上方に移動して、弁体３０が弁座１８から離れる。所定の流量測定環境において弁口１７における流体の流量が所定の設定値であるときのローター４１の位置を開弁位置Ｒｏとする。設定値は、電動弁装置１の構成や用途などに応じて適宜設定される。

ローター４１が一方向に回転すると弁口１７が閉じ、ローター４１が他方向に回転すると弁口１７が開く。すなわち、一方向は閉弁方向であり、他方向は開弁方向である。

弁口１７の開度は、電動弁５の弁開度に対応する。電動弁５は、弁開度が最小開度（０％）から最大開度（１００％）の範囲内となるように制御される。

本実施例において、ローター４１がストッパ機構４９によって一方向への回転が規制された位置（基準位置Ｒｘ）にあるときの弁開度が、電動弁５の最小開度（０％）である。また、弁口１７が電動弁５の最大流量（例えばＣｖ値）の９０％の流量の冷媒が流動可能な開度となる位置（全開位置Ｒｚ）にローター４１があるときの弁開度が、電動弁５の最大開度（１００％）である。基準位置Ｒｘから全開位置Ｒｚまでローター４１を回転させるために必要なパルスＰの数は５００である。

なお、最小開度および最大開度の設定は上記に限定されない。例えば、ローター４１が閉弁位置Ｒｃから開弁方向に回転していくときに電動弁５の弁漏れ量が所定流量に達した位置にあるときの弁開度が、電動弁５の最小開度（０％）でもよい。または、ローター４１が閉弁位置Ｒｃや開弁位置Ｒｏにあるときの弁開度が、電動弁５の最小開度（０％）でもよい。また、ローター４１が雌ねじ４２ｃと雄ねじ４３ｃとの螺合が外れる直前の位置にあるときの弁開度が、電動弁５の最大開度（１００％）でもよい。

電動弁制御装置７０は、複数の電子部品（図示なし）が実装された基板７１を有している。基板７１とステーター６０とは、合成樹脂製のハウジング（図示なし）に収容されている。電動弁制御装置７０は、図１に示すように、不揮発性メモリ７５と、通信装置７６と、モータードライバ７７と、コンピュータ８０と、を有している。電動弁制御装置７０は、エアコン制御装置１１０から受信した命令に基づいて電動弁５を制御する。

不揮発性メモリ７５は、電源が切断された場合でも保持する必要があるデータを記憶する。不揮発性メモリ７５は、例えば、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリである。

通信装置７６は、有線通信バス１２０を介してエアコン制御装置１１０と通信可能に接続されている。エアコンシステム１００は、例えば、Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＬＩＮ）やＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ（ＣＡＮ）などの通信方式を採用している。なお、通信装置７６は、エアコン制御装置１１０と無線通信可能に接続されていてもよい。

モータードライバ７７は、コンピュータ８０から入力されるパルスＰに基づいてステッピングモーター６６に駆動電流を供給する。図４Ａに示すように、モータードライバ７７は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃの端子Ａ１、Ａ２およびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃの端子Ｂ１、Ｂ２と接続されている。図４Ｂに、パルスＰとモータードライバ７７が供給する駆動電流との対応の一例を示す。図４Ｂにおいて、（＋）は、端子Ａ１から端子Ａ２への駆動電流、または、端子Ｂ１から端子Ｂ２への駆動電流を供給することを示し、（－）は、端子Ａ２から端子Ａ１への駆動電流、または、端子Ｂ２から端子Ｂ１への駆動電流を供給することを示し、（０）は、駆動電流を供給しないことを示す。

モータードライバ７７にパルスＰ［１］またはＰ［５］が入力されたとき、モータードライバ７７は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃのみに駆動電流を供給する。コイル６１ｃのみに駆動電流が供給されると、Ａ相ステーター６１の極歯６１ａ、６１ｂとローター４１の磁極とが径方向に向かい合う。この状態においてコイル６１ｃへの駆動電流の供給を停止すると、ローター４１の磁極がＡ相ステーター６１の極歯６１ａ、６１ｂを引き付けて、ステッピングモーター６６のディテントトルクが比較的大きくなる。

モータードライバ７７にパルスＰ［３］またはＰ［７］が入力されたとき、モータードライバ７７は、Ｂ相ステーター６２のコイル６２ｃのみに駆動電流を供給する。コイル６２ｃのみに駆動電流が供給されると、Ｂ相ステーター６２の極歯６２ａ、６２ｂとローター４１の磁極とが径方向に向かい合う。この状態においてコイル６２ｃへの駆動電流の供給を停止すると、ローター４１の磁極がＢ相ステーター６２の極歯６２ａ、６２ｂを引き付けて、ステッピングモーター６６のディテントトルクが比較的大きくなる。

ステッピングモーター６６のディテントトルクが大きいと、振動などによってローター４１が回転してしまうことを抑制できる。

モータードライバ７７にパルスＰ［２］、Ｐ［４］、Ｐ［６］またはＰ［８］が入力されたとき、モータードライバ７７は、Ａ相ステーター６１のコイル６１ｃおよびＢ相ステーター６２のコイル６２ｃに駆動電流を供給する。この状態においてコイル６１ｃおよびコイル６２ｃへの駆動電流の供給を停止すると、ステッピングモーター６６のディテントトルクが比較的小さくなる。

コンピュータ８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェース（Ｉ／Ｏ）、タイマー（ｔｉｍｅｒ）および温度センサー（ｓｅｎｓｏｒ）などが１つのパッケージに組み込まれた組込機器用のマイクロコンピュータである。コンピュータ８０は、温度センサーがモータードライバ７７の周囲温度Ｔａを計測できるように、モータードライバ７７の近くに配置されている。コンピュータ８０は、不揮発性メモリ７５、通信装置７６およびモータードライバ７７を含んでいてもよい。コンピュータ８０は、外付けの温度センサーや外付けのアナログ－デジタル変換器が接続されていてもよい。コンピュータ８０は、制御部である。

コンピュータ８０のＲＯＭには、ＣＰＵが実行するプログラムや書き換えの必要のない各種設定値などが格納される。

本実施例において、コンピュータ８０のＲＯＭには、データテーブルＧが格納されている。データテーブルＧは、モータードライバ７７に入力したパルス数と電動弁５の弁開度との対応を示す。具体的には、データテーブルＧにおいて、ローター４１が基準位置Ｒｘにあるときにモータードライバ７７に入力したパルスＰの数（０～５００）と、当該数のパルスＰの入力によってローター４１が位置付けられた位置に対応する弁開度（０～１００％）と、が対応付けられている。図５に、データテーブルＧの一例を示す。なお、ステッピングモーター６６に入力されたパルス数と電動弁５の弁開度との対応は、計算式で示されていてもよい。

コンピュータ８０のＲＯＭには、単位数Ｎｕが格納されている。単位数Ｎｕは、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温のときにモータードライバ７７に連続して入力するパルスＰの数である。コンピュータ８０は、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温であると判定したとき、モータードライバ７７に連続して入力するパルスＰの数が単位数Ｎｕを超えないようにする。単位数Ｎｕは、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温のときに連続して入力可能とするパルスＰの数（許容数）が設定される。本実施例において、単位数Ｎｕは２４であり、単位数Ｎｕは２～２５０の範囲で設定される。

コンピュータ８０のＲＯＭには、パルス入力休止期間の長さＥが格納されている。パルス入力休止期間は、コンピュータ８０がモータードライバ７７にパルスＰを入力しない期間である。パルス入力休止期間は、モータードライバ７７に単位数ＮｕのパルスＰを入力した後に設けられる。本実施例において、パルス入力休止期間の長さＥは１９２ｍｓであり、長さＥは単位数ＮｕのパルスＰの連続した入力に要する時間の長さと同じである。長さＥは、１６～２０００ｍｓの範囲で設定される。長さＥは、パルス入力休止期間の直前の単位数ＮｕのパルスＰの入力に要した時間以上であることが好ましい。

コンピュータ８０のＲＯＭには、高温判定しきい値Ｔｈが格納されている。高温判定しきい値Ｔｈは、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温か否かを判定するときに用いられる。

データテーブルＧ、単位数Ｎｕ、パルス入力休止期間の長さＥおよび高温判定しきい値Ｔｈは、不揮発性メモリ７５に格納されていてもよい。

コンピュータ８０のＲＡＭは、ＣＰＵがプログラムを実行する際に使用される作業用メモリである。コンピュータ８０のＲＡＭには、電動弁５の現在の弁開度を示す現在弁開度Ｄｃが格納される。現在弁開度Ｄｃは、電動弁制御装置７０の電源遮断時またはスリープモードへの移行時にＲＡＭから不揮発性メモリ７５にコピーされる。現在弁開度Ｄｃは、電動弁制御装置７０の電源投入時またはスリープモードからの復帰時に不揮発性メモリ７５からＲＡＭにコピーされる。また、コンピュータ８０のＲＡＭには、第１カウンタＣ１と第２カウンタＣ２とが格納される。

次に、電動弁制御装置７０が実行する処理の一例を、図６、図７を参照して説明する。図６、図７は、図１の電動弁装置が有するコンピュータが実行する処理の一例を示すフローチャートである。

電動弁制御装置７０（具体的にはコンピュータ８０）は、電源が投入されると、または、スリープモードから復帰すると、動作モードに移行する。電動弁制御装置７０は、動作モードにおいて、エアコン制御装置１１０からの命令を待つ。そして、電動弁制御装置７０が、エアコン制御装置１１０から弁開度変更命令を受信すると、図６、図７のフローチャートに示す処理を実行する。弁開度変更命令は、電動弁５の弁開度の目標値（目標弁開度Ｄｔ）を含む。

電動弁制御装置７０は、弁開度変更命令に含まれる目標弁開度Ｄｔに基づいて、弁開度を目標弁開度Ｄｔにするためにモータードライバ７７に入力するパルスＰの数である目標数Ｎｔを取得する（Ｓ１１０）。具体的には、電動弁制御装置７０は、弁開度変更命令から目標弁開度Ｄｔを取得し、ＲＡＭから現在弁開度Ｄｃを読み出す。電動弁制御装置７０は、データテーブルＧを参照し、目標弁開度Ｄｔに対応付けられたパルス数と、現在弁開度Ｄｃに対応付けられたパルス数と、の差分値を目標数Ｎｔとして取得する。

電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温か否かを判定する（Ｓ１２０）。具体的には、電動弁制御装置７０は、温度センサーからの信号に基づいてモータードライバ７７の周囲温度Ｔａを取得して、周囲温度Ｔａと高温判定しきい値Ｔｈとを比較する。

電動弁制御装置７０は、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ未満のとき（Ｓ１２０でＮ）、周囲温度Ｔａが高温でないと判定して、通常処理（Ｓ１３０～Ｓ１６０）を実行する。電動弁制御装置７０は、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ以上のとき（Ｓ１２０でＮ）、周囲温度Ｔａが高温であると判定して、高温時処理（Ｓ２１０～Ｓ３００）を実行する。

電動弁制御装置７０は、通常処理において、第１カウンタＣ１を０にする（Ｓ１３０）。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔであるか否かを判定する（Ｓ１４０）。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔでなければ（Ｓ１４０でＮ）、モータードライバ７７にパルスＰを１つ入力する（Ｓ１５０）。このとき、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより小さければ、パルスＰを昇順で入力する。ローター４１は閉弁方向に回転する。または、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより大きければ、パルスＰを降順で入力する。ローター４１は開弁方向に回転する。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１を１増加させ（Ｓ１６０）、第１カウンタＣ１の判定に戻る（Ｓ１４０）。そして、電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数ＮｔになるまでパルスＰの入力を繰り返し（Ｓ１４０～Ｓ１６０）、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔになると（Ｓ１４０でＹ）、目標弁開度Ｄｔを現在弁開度ＤｃとしてＲＡＭに格納して処理を終了する。

電動弁制御装置７０は、高温時処理において、第１カウンタＣ１を０にし、第２カウンタＣ２を０にする（Ｓ２１０）。電動弁制御装置７０は、ＲＯＭから単位数Ｎｕを読み出す。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔであるか否かおよび第２カウンタＣ２が単位数Ｎｕであるか否かを判定する（Ｓ２２０、Ｓ２３０）。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔでなくかつ第２カウンタＣ２が単位数Ｎｕでなければ（Ｓ２２０でＮ、Ｓ２３０でＮ）、モータードライバ７７にパルスＰを１つ入力する（Ｓ２４０）。このとき、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより小さければ、パルスＰを昇順で入力する。ローター４１は閉弁方向に回転する。または、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより大きければ、パルスＰを降順で入力する。ローター４１は開弁方向に回転する。電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１を１増加させかつ第２カウンタＣ２を１増加させ（Ｓ２５０）、第１カウンタＣ１の判定に戻る（Ｓ２２０）。

電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔでなくかつ第２カウンタＣ２が単位数Ｎｕであれば（Ｓ２２０でＮ、Ｓ２３０でＹ）、モータードライバ７７に最後に入力したパルスＰが、Ｐ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］およびＰ［７］のいずれかであった否かを判定する（Ｓ２６０）。

電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７に最後に入力したパルスＰがＰ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］およびＰ［７］のいずれかでなければ（Ｓ２６０でＮ）、モータードライバ７７にパルスＰを１つ入力する（Ｓ２７０）。このとき、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより小さければ、パルスＰを昇順で入力する。ローター４１は閉弁方向に回転する。または、電動弁制御装置７０は、目標弁開度Ｄｔが現在弁開度Ｄｃより大きければ、パルスＰを降順で入力する。ローター４１は開弁方向に回転する。

ステップＳ２７０において、電動弁制御装置７０がモータードライバ７７に入力するパルスＰは、Ｐ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］またはＰ［７］である。つまり、モータードライバ７７に最後に入力されたパルスＰがＰ［２］のとき、モータードライバ７７に次に入力されるパルスＰは、Ｐ［１］またはＰ［３］である。モータードライバ７７に最後に入力されたパルスＰがＰ［４］のとき、モータードライバ７７に次に入力されるパルスＰは、Ｐ［３］またはＰ［５］である。モータードライバ７７に最後に入力されたパルスＰがＰ［６］のとき、モータードライバ７７に次に入力されるパルスＰは、Ｐ［５］またはＰ［７］である。モータードライバ７７に最後に入力されたパルスＰがＰ［８］のとき、モータードライバ７７に次に入力されるパルスＰは、Ｐ［７］またはＰ［１］である。そして、電動弁制御装置７０は、第２カウンタＣ２を１増加させ（Ｓ２８０）、タイマーに長さＥを設定して、パルス入力休止期間が経過するまで待つ（Ｓ２９０）。

電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７に最後に入力したパルスＰがＰ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］およびＰ［７］のいずれかであるとき（Ｓ２６０でＹ）、タイマーに長さＥを設定して、パルス入力休止期間が経過するまで待つ（Ｓ２９０）。

パルス入力休止期間において、電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７にパルスＰを入力せず、モータードライバ７７はＡ相ステーター６１およびＢ相ステーター６２に駆動電流を供給しない。モータードライバ７７に最後に入力されたパルスＰがＰ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］およびＰ［７］のいずれかであるため、パルス入力休止期間中は、ステッピングモーター６６のディテントトルクが比較的大きい。

電動弁制御装置７０は、パルス入力休止期間が経過すると、第２カウンタＣ２を０にし（Ｓ３００）、第１カウンタＣ１の判定に戻る（Ｓ２２０）。

そして、電動弁制御装置７０は、第１カウンタＣ１が目標数ＮｔになるまでパルスＰの入力を繰り返し（Ｓ２２０～Ｓ３００）、第１カウンタＣ１が目標数Ｎｔになると（Ｓ２２０でＹ）、目標弁開度Ｄｔを現在弁開度ＤｃとしてＲＡＭに格納して処理を終了する。

次に、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温である場合に、電動弁制御装置７０がモータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを入力したときのモータードライバ７７の内部温度の変化の例について、図８、図９を参照して説明する。

図８、図９は、モータードライバ７７に入力されたパルスＰの数とモータードライバ７７の内部温度との時間変化を示すグラフである。図８は、目標数ＮｔのパルスＰを連続して入力する場合を示す。図９は、単位数ＮｕのパルスＰを連続して入力する毎にパルス入力休止期間を設ける場合を示す。単位数Ｎｕは目標数Ｎｔより小さい。図８Ａ、図９Ａは、時間とモータードライバに入力されたパルス数との関係を示す。図８Ｂ、図９Ｂは、時間とモータードライバ７７の内部温度との関係を示す。図８Ａ、図９Ａにおいて、実線はパルスＰを入力している期間を示し、破線はパルスＰを入力していない期間を示す。

図８Ａに示すように、電動弁制御装置７０がモータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを連続して入力すると、図８Ｂに示すように、電動弁制御装置７０がパルスＰを入力するにしたがってモータードライバ７７の内部温度が上昇する。目標数Ｎｔが比較的大きいと、モータードライバ７７の内部温度が上限温度Ｔｚを超えてしまう。

図９Ａに示すように、電動弁制御装置７０がモータードライバ７７に単位数ＮｕのパルスＰを連続して入力する毎にパルス入力休止期間を設けると、図９Ｂに示すように、電動弁制御装置７０がパルスＰを入力するにしたがってモータードライバ７７の内部温度が上昇するものの、パルス入力休止期間において内部温度が低下する。そのため、目標数ＮｔのパルスＰを入力する際のモータードライバ７７の内部温度の上昇が抑えられ、モータードライバ７７の内部温度が上限温度Ｔｚを超えてしまうことを抑制できる。

以上説明したように、本実施例に係る電動弁装置１は、電動弁５と、電動弁制御装置７０と、を有する。電動弁５は、ステッピングモーター６６を有する。電動弁制御装置７０は、電動弁５を制御する。電動弁制御装置７０は、ステッピングモーター６６に接続されたモータードライバ７７にパルスＰを入力するコンピュータ８０を有する。コンピュータ８０が、電動弁５の目標弁開度Ｄｔを含む弁開度変更命令を受信すると、電動弁５の弁開度を目標弁開度Ｄｔにするためにモータードライバ７７に入力するパルスＰの数である目標数Ｎｔを取得する。コンピュータ８０が、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温でないと判定したとき、モータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを連続して入力する。コンピュータ８０が、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温であると判定したとき、モータードライバ７７に連続して入力するパルスＰの数である単位数Ｎｕを取得する。コンピュータ８０が、周囲温度Ｔａが高温であると判定したとき、モータードライバ７７に入力したパルスＰの数が目標数Ｎｔに到達するまで、モータードライバ７７に単位数ＮｕずつパルスＰを連続して入力し、単位数ＮｕのパルスＰを入力する毎にパルス入力休止期間を設ける。

電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温でないと判定したとき、モータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを一度に連続して入力する。電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａが高温であると判定したとき、モータードライバ７７に目標数ＮｔのパルスＰを一度に入力せずに、モータードライバ７７に単位数ＮｕずつパルスＰを入力する。そして、電動弁制御装置７０は、モータードライバ７７に単位数ＮｕのパルスＰを入力する毎にパルスＰを入力しないパルス入力休止期間を設ける。そのため、モータードライバ７７の長時間の連続動作を回避して、モータードライバ７７の内部温度の上昇を抑制できる。

また、ステッピングモーター６６が、Ａ相ステーター６１と、Ｂ相ステーター６２と、を有する。モータードライバ７７が、Ａ相ステーター６１とＢ相ステーター６２とにパルスＰに対応した駆動電流を供給する。パルス入力休止期間の直前にモータードライバ７７に入力されるパルスＰが、モータードライバ７７にＡ相ステーター６１のみまたはＢ相ステーター６２のみに駆動電流を供給させるパルスＰ（Ｐ［１］、Ｐ［３］、Ｐ［５］またはＰ［７］）である。このようにすることで、パルス入力休止期間中のステッピングモーター６６のディテントトルクを比較的大きくすることができる。そのため、振動などによってローター４１が回転してしまうことを抑制できる。

また、パルス入力休止期間の長さＥが、当該パルス入力休止期間の直前の単位数ＮｕのパルスＰの入力に要した時間の長さ以上である。このようにすることで、パルス入力休止期間の直前の連続したパルスＰの入力に対して、パルス入力休止期間の長さが不十分になってしまうことを防ぐことができる。

上述した電動弁制御装置７０において、単位数Ｎｕは固定値であり、ＲＯＭに格納されている。単位数Ｎｕは固定値に限定されない。電動弁制御装置７０において、単位数Ｎｕは、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａに応じた値であってもよい。電動弁制御装置７０において、周囲温度Ｔａが高いほど単位数Ｎｕが小さくなるようにしてもよい。電動弁制御装置７０は、例えば、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ以上でかつ高温判定しきい値Ｔｈ＋１０℃未満（Ｔｈ≦Ｔａ＜Ｔｈ＋１０℃）のとき、単位数Ｎｕを２４とし、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ＋１０℃以上でかつ高温判定しきい値Ｔｈ＋２０℃未満（Ｔｈ＋１０℃≦Ｔａ＜Ｔｈ＋２０℃）のとき、単位数Ｎｕを１６とし、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ＋２０℃以上のとき（Ｔｈ＋２０℃≦Ｔａ）、単位数Ｎｕを８とする。

上述した電動弁制御装置７０において、パルス入力休止期間の長さＥは固定値であり、ＲＯＭに格納されている。長さＥは固定値に限定されない。電動弁制御装置７０において、長さＥは、モータードライバ７７の周囲温度Ｔａに応じた値であってもよい。電動弁制御装置７０において、周囲温度Ｔａが高いほど長さＥが長くなるようにしてもよい。電動弁制御装置７０は、例えば、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ以上でかつ高温判定しきい値Ｔｈ＋１０℃未満（Ｔｈ≦Ｔａ＜Ｔｈ＋１０℃）のとき、長さＥを１９２ｍｓとし、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ＋１０℃以上でかつ高温判定しきい値Ｔｈ＋２０℃未満（Ｔｈ＋１０℃≦Ｔａ＜Ｔｈ＋２０℃）のとき、長さＥを３８４ｍｓとし、周囲温度Ｔａが高温判定しきい値Ｔｈ＋２０℃以上のとき（Ｔｈ＋２０℃≦Ｔａ）、長さＥを５７６ｍｓとする。または、電動弁制御装置７０は、パルス入力休止期間において周囲温度Ｔａが所定の温度（例えば１～１０℃）低下したとき、パルス入力休止期間を終了するようにしてもよい。

上記に本発明の実施例を説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。前述の実施例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、実施例の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の趣旨に反しない限り、本発明の範囲に含まれる。

１…電動弁装置、５…電動弁、１０…弁本体、１１…本体部材、１１ａ…嵌合穴、１１ｂ…貫通孔、１１ｄ…平面、１３…接続部材、１４…弁室、１５…第１導管、１６…第２導管、１７…弁口、１８…弁座、２０…キャン、３０…弁体、３１…第１軸部、３２…第２軸部、３３…弁部、３４…段部、４０…駆動機構、４１…ローター、４１ａ…嵌合孔、４２…弁軸ホルダー、４２ａ…上壁部、４２ｂ…軸孔、４２ｃ…雌ねじ、４２ｓ…可動ストッパ、４３…ガイドブッシュ、４３ａ…基部、４３ｂ…支持部、４３ｃ…雄ねじ、４３ｄ…平面、４４…ストッパ部材、４４ａ…ストッパ本体、４４ｃ…雌ねじ、４４ｓ…固定ストッパ、４５…固定具、４５ａ…固定部、４５ｂ…フランジ部、４６…ワッシャー、４７…閉弁ばね、４８…復帰ばね、４９…ストッパ機構、６０…ステーター、６１…Ａ相ステーター、６１ａ…極歯、６１ｂ…極歯、６１ｃ…コイル、６２…Ｂ相ステーター、６２ａ…極歯、６２ｂ…極歯、６２ｃ…コイル、６６…ステッピングモーター、７０…電動弁制御装置、７１…基板、７５…不揮発性メモリ、７６…通信装置、７７…モータードライバ、８０…コンピュータ、１００…エアコンシステム、１０１…圧縮機、１０２…凝縮器、１０３…蒸発器、１０５…配管、１１０…エアコン制御装置、１２０…有線通信バス、Ａ１…端子、Ａ２…端子、Ｂ１…端子、Ｂ２…端子、Ｃ１…第１カウンタ、Ｃ２…第２カウンタ、Ｇ…データテーブル、Ｌ…軸線、Ｔｚ…上限温度

Claims (4)

1. ステッピングモーターを有する電動弁を制御する電動弁制御装置であって、
   前記ステッピングモーターと接続されたモータードライバにパルスを入力する制御部を有し、
   前記モータードライバが、前記ステッピングモーターにパルスに対応した駆動電流を供給し、
   前記制御部が、前記電動弁の目標弁開度を含む弁開度変更命令を受信すると、前記電動弁の弁開度を前記目標弁開度にするために前記モータードライバに入力するパルスの数である目標数を取得し、
   前記制御部が、前記モータードライバの周囲温度が高温でないと判定したとき、前記モータードライバに前記目標数のパルスを連続して入力し、
   前記制御部が、前記周囲温度が高温であると判定したとき、前記モータードライバに連続して入力するパルスの数である単位数を取得し、前記モータードライバに入力したパルスの数が前記目標数に到達するまで、前記モータードライバに前記単位数ずつパルスを連続して入力し、前記単位数のパルスを入力する毎にパルス入力休止期間を設ける、ことを特徴とする電動弁制御装置。
2. 前記ステッピングモーターが、Ａ相ステーターと、Ｂ相ステーターと、を有し、
   前記モータードライバが、前記Ａ相ステーターと前記Ｂ相ステーターとにパルスに対応した駆動電流を供給し、
   前記パルス入力休止期間の直前に前記モータードライバに入力されるパルスが、前記モータードライバに前記Ａ相ステーターのみまたは前記Ｂ相ステーターのみに駆動電流を供給させるパルスである、請求項１に記載の電動弁制御装置。
3. 前記パルス入力休止期間の長さが、当該パルス入力休止期間の直前の前記単位数のパルスの入力に要した時間の長さ以上である、請求項１または請求項２に記載の電動弁制御装置。
4. ステッピングモーターを有する電動弁と、請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電動弁制御装置と、を有する電動弁装置。
   
   

Images