JP6338769B2 - アクチュエータの制御装置、アクチュエータ、バルブ駆動装置およびアクチュエータの制御方法 - Google Patents
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Description
他方、間接的に推定されたコイル温度は、温度センサにより直接的に検出された温度に比べ、精度が低いという課題があった。
実施の形態1.
この発明に係るアクチュエータを、車両に搭載されたターボチャージャのウエストゲート(以下、WGと称す)バルブを駆動するWGアクチュエータとして用いる場合を例にして説明する。
図1は、実施の形態1に係るWGアクチュエータ1の構成例を示す断面図である。ターボチャージャは、エンジンからの排気ガスによってタービンを回転させ、このタービンと同軸で接続されたコンプレッサを駆動して吸気を圧縮しエンジンに供給する構成である。排気通路100のタービン上流側には、排気ガスを排気通路100からバイパス通路101へ逃がすWGバルブ2が設置されており、WGアクチュエータ1がWGバルブ2を開閉して排気通路100からバイパス通路101への排気ガス流入量を調整することにより、タービンの回転数を制御する。なお、図1では、WGバルブ2の全閉状態を実線で示し、全開状態を二点鎖線で示す。
なお、図1では直流モータ4としてブラシ付きDCモータを使用しているが、ブラシレスDCモータを使用してもよい。
シャフト13のストッパ15cとして機能するプレートには、シャフト13の外径より小さな穴が貫通しており、この穴にセンサ用シャフト17が通され、センサ用シャフト17の端面がシャフト13の端面に当接する。これにより、シャフト13の軸方向の往復運動に合わせてセンサ用シャフト17も往復運動する。センサ用マグネット18の磁束はその周囲に設置されたセンサ用ステータ19を流れ、位置センサ16を通過する。このセンサ用マグネット18はセンサ用シャフト17に固定されており、シャフト13の往復運動に伴って位置センサ16に対するセンサ用マグネット18の位置が変化することにより、位置センサ16を通過する磁束密度も変化する。
位置センサ16には、磁気検出素子16aと温度検出素子16bが内蔵されている。磁気検出素子16aはホール素子または磁気抵抗素子などであり、温度検出素子16bはサーミスタなどである。磁気検出素子16aは、シャフト13の往復運動に伴って変化する磁束密度を検出し、シャフト13の実ストローク位置に変換する。磁気検出素子16aは磁気感度が温度に依存する特性があるため、位置センサ16は、温度検出素子16bによりセンサ内温度を検出し、磁気検出素子16aの温度特性を補正する。この位置センサ16は、例えばSENT(Single Edge Nibble Transmission)方式により、温度特性を補正した後の実ストローク位置と、その補正に用いたセンサ内温度とを示すデジタル信号を制御装置20へ出力する。なお、位置センサ16から制御装置20への出力は、SENTのようなデジタル信号に限定されるものではなく、アナログ信号でもよい。
取得部24は、シャフト13の実ストローク位置とセンサ内温度のデジタル信号を、位置センサ16から取得する。取得部24は、取得した実ストローク位置を制御部22へ出力し、センサ内温度を異常判定部25へ出力する。なお、取得部24が位置センサ16から取得した実ストローク位置は、位置センサ16において既に温度補正された後の位置である。
異常判定部25から正常温度の判定結果が通知された場合、制御部22は、取得部24から受け取った実ストローク位置が、エンジン制御部21から受け取った目標ストローク位置に近づくように、シャフト13のストローク位置をフィードバック制御する。シャフト13のストローク位置をフィードバック制御することにより、シャフト13に連結されたWGバルブ2の開度が調整される。例えばPID制御を行う場合、制御部22は、目標ストローク位置と実ストローク位置との偏差を算出し、偏差に応じた比例項、積分項および微分項の各操作量を求めて駆動Dutyを算出し、駆動Dutyに対応するPWM(Pulse Width Modulation)制御信号を生成してモータドライバ23へ出力する。
なお、エンジン制御部21が、常判定部25から異常温度を示す判定結果の通知を受け取って、直流モータ4への通電を規制する指示を制御部22へ出力する構成にしてもよい。この構成の場合、制御部22は、エンジン制御部21から受けた指示に従って、上記同様にフィードバック制御により求めた駆動Dutyを当該駆動Dutyより低いDutyに制限して通電電流を下げたり、当該駆動Dutyを0に制限して通電を停止したりする。
取得部24は、位置センサ16からシャフト13の実ストローク位置とセンサ内温度を取得する(ステップST1)。異常判定部25は、温度検出素子16bにより検出されたセンサ内温度を予め定められている温度閾値と比較し(ステップST2)、センサ内温度が温度閾値より高い場合(ステップST2“YES”)、WGアクチュエータ1が異常温度であると判定して制御部22へ通知する(ステップST3)。この通知を受け取った制御部22は、直流モータ4への通電を規制するよう温度保護制御を行う(ステップST4)。
モータドライバ23は、直流モータ4に印加する電圧をオンオフするスイッチング素子などで構成される。位置センサ16がSENT方式のデジタル信号を出力するタイプである場合、取得部24はデジタル信号を受信する受信装置42である。位置センサ16がアナログ信号を出力するタイプである場合、取得部24はA/Dコンバータ43である。制御装置20は、位置センサ16の出力タイプに応じて、受信装置42またはA/Dコンバータ43の一方を備えていればよい。
図6は、この発明の実施の形態2に係るWGアクチュエータ1の制御装置20の構成例を示すブロック図である。図6において、図3と同一または相当する部分は同一の符号を付し説明を省略する。また、実施の形態2に係る制御装置20の制御対象であるWGアクチュエータ1は上記実施の形態1と同じ構成であるため、以下では図1および図2を援用する。
上述したように、コイル温度推定部26によるコイル温度の推定精度は高くないため、温度検出素子16bにより検出されたセンサ内温度を用いて当該コイル温度を補正したとしても、WGアクチュエータ1の実際の内部温度に等しくなるとは限らない。そこで、この変形例では、温度検出素子16bにより検出されるセンサ内温度が温度閾値より高い場合、温度補正部27から受け取ったWGアクチュエータ1の内部温度が温度閾値以下であって正常温度を示していたとしても、WGアクチュエータ1が異常温度になっていると判定する。
また、本発明に係るアクチュエータのシャフトと駆動対象物とを、リンク機構を用いて連結する構成を示したが、リンク機構を用いずに直接シャフトと駆動対象物とを連結する構成であってもよい。
また、本発明に係るアクチュエータと、駆動対象物であるバルブと、制御装置とを備えたバルブ駆動装置として構成してもよい。
Claims (6)
- シャフトと、前記シャフトを軸方向に往復運動させる直流モータと、前記シャフトの位置を検出する位置センサとを有するアクチュエータの制御装置であって、
前記位置センサに内蔵されている温度検出素子が検出したセンサ内温度を用いて温度補正された後の前記シャフトの位置、および前記センサ内温度を取得する取得部と、
前記取得部が取得した温度補正後の前記シャフトの位置および前記センサ内温度を用いて前記アクチュエータを制御する制御部とを備えることを特徴とするアクチュエータの制御装置。 - 前記直流モータのコイルの温度を推定するコイル温度推定部と、
前記コイル温度推定部が推定した前記コイルの温度を、前記取得部が取得したセンサ内温度を用いて補正する温度補正部とを備え、
前記制御部は、前記取得部が取得した温度補正後の前記シャフトの位置および前記温度補正部が補正した温度を用いて前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項1記載のアクチュエータの制御装置。 - 前記取得部が取得したセンサ内温度が温度閾値より高い場合に前記アクチュエータの内部温度が異常であると判定する異常判定部を備えることを特徴とする請求項1記載のアクチュエータの制御装置。
- シャフトと、
前記シャフトを軸方向に往復運動させる直流モータと、
前記シャフトの位置を検出する位置センサと、
請求項1記載の制御装置とを備えることを特徴とするアクチュエータ。 - シャフト、前記シャフトを軸方向に往復運動させる直流モータ、および前記シャフトの位置を検出する位置センサを有するアクチュエータと、
前記アクチュエータによって駆動されるバルブと、
請求項1記載の制御装置とを備えることを特徴とするバルブ駆動装置。 - シャフトと、前記シャフトを軸方向に往復運動させる直流モータと、前記シャフトの位置を検出する位置センサとを有するアクチュエータの制御装置が、前記位置センサに内蔵されている温度検出素子が検出したセンサ内温度を用いて温度補正された後の前記シャフトの位置および前記センサ内温度を取得し、当該取得した温度補正後の前記シャフトの位置および前記センサ内温度を用いて前記アクチュエータを制御するアクチュエータの制御方法。
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