JP6835602B2 - Fuel cell system cooling system - Google Patents

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本発明は、モータ駆動装置に関する。 The present invention relates to a motor drive device.

ステッピングモータを用いて回転角度などの位置制御を行うモータ駆動装置において、一般に、ステッピングモータの動作原点位置を補正する原点補正制御が行われる。このような原点補正制御としては、例えば特許文献1に、ステッピングモータによりロータリーバルブ(弁装置)の弁開度を調節して流体流量を調整する流量制御装置において、ステッピングモータと連動する突起部を、ステッピングモータにより回転させてストッパー部に当接させて、突起部の停止位置に基づいて原点補正を行う手法が開示されている。 In a motor drive device that controls a position such as a rotation angle by using a stepping motor, origin correction control for correcting the operating origin position of the stepping motor is generally performed. As such origin correction control, for example, in Patent Document 1, in a flow rate control device for adjusting a fluid flow rate by adjusting a valve opening degree of a rotary valve (valve device) with a stepping motor, a protrusion interlocking with the stepping motor is provided. , A method of rotating a stepping motor to bring it into contact with a stopper portion and performing origin correction based on the stop position of the protrusion portion is disclosed.

特開2014−207725号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-207725

特許文献1に記載される従来の原点補正制御では、突起部(回転部材)をストッパー部(突き当て部)に当接させる際に、突起部の跳ね返りが発生し、すなわちステッピングモータが逆回転し、突起部の位置ずれによって原点補正の補正精度が低下する虞がある。 In the conventional origin correction control described in Patent Document 1, when the protrusion (rotating member) is brought into contact with the stopper (butting portion), the protrusion rebounds, that is, the stepping motor rotates in the reverse direction. , There is a risk that the correction accuracy of the origin correction will decrease due to the misalignment of the protrusions.

そこで本発明は、原点補正制御において当接時の回転部材の跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができるモータ駆動装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a motor drive device capable of suppressing a decrease in correction accuracy due to bounce of a rotating member at the time of contact in origin correction control.

本発明の一態様に係るモータ駆動装置は、ステッピングモータと、前記ステッピングモータにより回転駆動される回転部材と、前記回転部材が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部と、前記ステッピングモータの動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記ステッピングモータにより前記回転部材を前記突き当て部に突き当てることによって、前記ステッピングモータの原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成され、前記制御部は、通常駆動の際には2相励磁で前記ステッピングモータを駆動させ、前記原点補正制御の際には、1相励磁及び2相励磁を交互に行う1−2相励磁、又は、1相励磁で前記ステッピングモータを駆動させる。 The motor drive device according to one aspect of the present invention includes a stepping motor, a rotating member rotationally driven by the stepping motor, an abutting portion arranged so that the rotating member is abutted by the rotational drive, and the stepping motor. A control unit for controlling the operation is provided, and the control unit can execute origin correction control for correcting the origin position of the stepping motor by abutting the rotating member against the abutting portion by the stepping motor. The control unit is configured to drive the stepping motor with two-phase excitation during normal driving, and 1-2-phase excitation that alternately performs one-phase excitation and two-phase excitation during the origin correction control. Or, the stepping motor is driven by one-phase excitation.

この態様によれば、1−2相励磁及び1相励磁では、共に単一の相のみを励磁させる期間があるため、2相励磁と比較してステッピングモータが出力する駆動トルクを低減でき、これにより、原点補正制御において回転部材を突き当て部に突き当てる動作を行う際に、回転部材が突き当て部に突き当たったときの跳ね返り量を低減できる。この結果、原点補正制御において回転部材の突き当て部に対する跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができる。 According to this aspect, in both the 1-2 phase excitation and the 1 phase excitation, since there is a period in which only a single phase is excited, the drive torque output by the stepping motor can be reduced as compared with the 2 phase excitation. Thereby, when the rotating member is abutted against the abutting portion in the origin correction control, the amount of rebound when the rotating member abuts against the abutting portion can be reduced. As a result, in the origin correction control, it is possible to suppress a decrease in correction accuracy due to rebounding to the abutting portion of the rotating member.

本発明によれば、原点補正制御において当接時の回転部材の跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができるモータ駆動装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a motor drive device capable of suppressing a decrease in correction accuracy due to bounce of a rotating member at the time of contact in origin correction control.

図1は、実施形態に係るモータ駆動装置の概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a motor drive device according to an embodiment. 図2は、通常駆動時に実施される2相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stator of the stepping motor in the two-phase excitation performed during normal driving. 図3は、実施形態のモータ駆動装置の原点補正制御に係る機構の概略構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a mechanism related to origin correction control of the motor drive device of the embodiment. 図4は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の一例である1−2相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stator of the stepping motor in the 1-2 phase excitation which is an example of the excitation method implemented at the origin correction control. 図5は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の他の例である1相励磁における、ステッピングモータのステータの各相の励磁タイミングを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stator of the stepping motor in the one-phase excitation which is another example of the excitation method implemented at the time of origin correction control. 図6は、実施形態に係るモータ駆動装置がロータリーバルブ(温度調整バルブ)として適用される燃料電池システムの冷却系の構成を示すブロック図である。FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a cooling system of a fuel cell system to which the motor drive device according to the embodiment is applied as a rotary valve (temperature control valve). 図7は、ロータリーバルブの突き当て構造の一例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an example of the abutting structure of the rotary valve. 図8は、燃料電池システムの冷却系において実施される原点補正制御の一例を示すフローチャートである。FIG. 8 is a flowchart showing an example of origin correction control performed in the cooling system of the fuel cell system. 図9は、実施形態に係るモータ駆動装置がエアバルブ(バイパスバルブ、封止バルブ)として適用される燃料電池システムの酸化ガス配管系の構成を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an oxide gas piping system of a fuel cell system to which the motor drive device according to the embodiment is applied as an air valve (bypass valve, sealing valve).

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, those having the same reference numerals have the same or similar configurations.

図1〜図5を参照して実施形態を説明する。まず図1を参照して、本実施形態に係るモータ駆動装置1の基本構成を説明する。図1は、実施形態に係るモータ駆動装置1の概略構成を示す図である。図1に示すように、モータ駆動装置1は、ステッピングモータ2と、駆動回路3と、制御部4とを備える。 An embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. First, the basic configuration of the motor drive device 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a motor drive device 1 according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the motor drive device 1 includes a stepping motor 2, a drive circuit 3, and a control unit 4.

本実施形態のステッピングモータ2は、図1に示すように、所謂2相ユニポーラ式のステッピングモータである。ステッピングモータ2は、円周方向に磁化された円筒状の永久磁石からなる回転可能なロータMと、このロータMの中心に対して90度の間隔をもって相対するように配置された4つの巻線がそれぞれ巻かれたステータS1,S2、S3,S4と、を有する。ロータMの永久磁石には、Baフェライト、Srフェライト等のフェライト系磁石あるいはアルニコ系磁石等が使用される。 As shown in FIG. 1, the stepping motor 2 of the present embodiment is a so-called two-phase unipolar stepping motor. The stepping motor 2 includes a rotatable rotor M made of a cylindrical permanent magnet magnetized in the circumferential direction, and four windings arranged so as to face each other at an interval of 90 degrees with respect to the center of the rotor M. Have the stators S1, S2, S3, and S4, respectively. As the permanent magnet of the rotor M, a ferrite magnet such as Ba ferrite or Sr ferrite, an alnico magnet or the like is used.

制御部4は、ステッピングモータ2の動作を制御する。制御部4は、駆動回路3に接続され、例えば、ステッピングモータ2の駆動速度、方向、距離、角度等を指令する信号を出力する。また、制御部4は、後述するステッピングモータ2の原点補正制御を実施する。 The control unit 4 controls the operation of the stepping motor 2. The control unit 4 is connected to the drive circuit 3 and outputs, for example, a signal instructing the drive speed, direction, distance, angle, etc. of the stepping motor 2. Further, the control unit 4 performs origin correction control of the stepping motor 2, which will be described later.

駆動回路3は、制御部4からの信号を判読、分配、増幅してステッピングモータ2のステータS1,S2、S3,S4の各巻線を所定の順序で励磁するためのものである。駆動回路3は、ステッピングモータ2のステータS1,S2、S3,S4の各巻線への通電及び遮断を行うスイッチとしてのトランジスタT1,T2,T3,T4等を有する。また、駆動回路3は、図1には図示していないが、ステータS1,S2,S3,S4の励磁順序を決定する論理回路や、各ステータの巻線へ電流を供給する電源制御部などを有している。 The drive circuit 3 is for reading, distributing, and amplifying the signal from the control unit 4 to excite the windings of the stators S1, S2, S3, and S4 of the stepping motor 2 in a predetermined order. The drive circuit 3 has transistors T1, T2, T3, T4 and the like as switches for energizing and shutting off the windings of the stators S1, S2, S3 and S4 of the stepping motor 2. Further, although not shown in FIG. 1, the drive circuit 3 includes a logic circuit that determines the excitation order of the stators S1, S2, S3, and S4, a power supply control unit that supplies a current to the windings of each stator, and the like. Have.

モータ駆動装置1の制御部4は、通常駆動の際には、このような4相巻線のステッピングモータ2を2相励磁により駆動させる。2相励磁について図2を参照して説明する。図2は、通常駆動時に実施される2相励磁における、ステッピングモータ2のステータS1〜S4の各相の励磁タイミングを示す図である。図2の縦方向は、ステッピングモータの各ステータS1,S2、S3,S4を表し、図2の横方向は時間単位(パルス)ごとの励磁パターンを表す。この励磁パターンは、左端から右端までの順番で周期的に遷移する。図2では、各パルスにおいて励磁されるステータを黒色で表し、非励磁のステータを白色で表している。 The control unit 4 of the motor drive device 1 drives such a 4-phase winding stepping motor 2 by two-phase excitation during normal driving. Two-phase excitation will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stators S1 to S4 of the stepping motor 2 in the two-phase excitation performed during normal driving. The vertical direction of FIG. 2 represents the stators S1, S2, S3, and S4 of the stepping motor, and the horizontal direction of FIG. 2 represents an excitation pattern for each time unit (pulse). This excitation pattern periodically transitions in the order from the left end to the right end. In FIG. 2, the stator excited in each pulse is shown in black, and the non-excited stator is shown in white.

図2に示すように、2相励磁では、ステータS1,S2,S3,S4の巻線を励磁するタイミングは、次の相と1パルス分ずつずらしながら2相が同時に励磁しつつ、順番に励磁するものとなる。2相励磁では、各相のパルス幅が2パルス分となる。制御部4は、駆動回路3を介してステータS1,S2,S3,S4の2相励磁を制御し、ステッピングモータ2の駆動を制御している。そして、モータ駆動装置1は、このような制御部4によるステッピングモータ2の駆動によって、モータ2に取り付けられている回転部材5(図3参照)を任意の回転角度に回転させることができる。 As shown in FIG. 2, in the two-phase excitation, the timing of exciting the windings of the stators S1, S2, S3, and S4 is shifted by one pulse from the next phase, and the two phases are simultaneously excited while being excited in order. Will be. In two-phase excitation, the pulse width of each phase is two pulses. The control unit 4 controls the two-phase excitation of the stators S1, S2, S3, and S4 via the drive circuit 3 to control the drive of the stepping motor 2. Then, the motor driving device 1 can rotate the rotating member 5 (see FIG. 3) attached to the motor 2 to an arbitrary rotation angle by driving the stepping motor 2 by such a control unit 4.

また、本実施形態のモータ駆動装置1及び制御部4は、ステッピングモータ2の原点位置を補正する原点補正制御を実施できるよう構成されている。図3〜図5を参照して、この原点補正制御について説明する。図3は、実施形態のモータ駆動装置1の原点補正制御に係る機構の概略構成を示す図である。 Further, the motor drive device 1 and the control unit 4 of the present embodiment are configured to be able to perform origin correction control for correcting the origin position of the stepping motor 2. The origin correction control will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a mechanism related to origin correction control of the motor drive device 1 of the embodiment.

図3に示すように、モータ駆動装置1は、ステッピングモータ2に取り付けられ、ステッピングモータ2の駆動に応じて回転駆動される回転部材5を備える。回転部材5は、例えば図3に示すように、ステッピングモータ2の回転軸から遠心方向に延在する部材であり、回転軸を中心として回転可能に設置されている。 As shown in FIG. 3, the motor drive device 1 includes a rotating member 5 that is attached to the stepping motor 2 and is rotationally driven in response to the drive of the stepping motor 2. As shown in FIG. 3, for example, the rotating member 5 is a member extending in the centrifugal direction from the rotating shaft of the stepping motor 2, and is rotatably installed around the rotating shaft.

また、モータ駆動装置1は、回転部材5の回転方向の所定の位置に、回転部材5がステッピングモータ2の回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部6を備える。突き当て部6に突き当たった回転部材5は、その回転を停止される。突き当て部6は、例えば図3に示すように、回転部材5が収容される筐体7の内壁面から内側に突出して形成される凸部である。 Further, the motor drive device 1 includes an abutting portion 6 in which the rotating member 5 is arranged so as to be abutted by the rotational drive of the stepping motor 2 at a predetermined position in the rotational direction of the rotating member 5. The rotating member 5 that abuts on the abutting portion 6 is stopped from rotating. As shown in FIG. 3, for example, the abutting portion 6 is a convex portion formed so as to project inward from the inner wall surface of the housing 7 in which the rotating member 5 is housed.

モータ駆動装置1の制御部4は、原点補正制御を実行する際には、ステッピングモータ2により回転部材5を突き当て部6に突き当てることによって、ステッピングモータ2の原点位置を補正する。制御部4は、例えば、回転部材5が突き当て部6に突き当たった位置を原点位置となるよう補正することができる。そして、特に本実施形態では、制御部4は、この原点補正制御の突き当て動作の際には、ステッピングモータ2を1−2相励磁、又は、1相励磁で駆動させるよう構成されている。 When executing the origin correction control, the control unit 4 of the motor drive device 1 corrects the origin position of the stepping motor 2 by abutting the rotating member 5 against the abutting portion 6 by the stepping motor 2. For example, the control unit 4 can correct the position where the rotating member 5 abuts on the abutting portion 6 so as to be the origin position. In particular, in the present embodiment, the control unit 4 is configured to drive the stepping motor 2 by 1-2 phase excitation or 1 phase excitation during the abutting operation of the origin correction control.

図4は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の一例である1−2相励磁における、ステッピングモータ2のステータS1〜S4の各相の励磁タイミングを示す図である。図5は、原点補正制御の際に実施される励磁方式の他の例である1相励磁における、ステッピングモータ2のステータS1〜S4の各相の励磁タイミングを示す図である。図4及び図5の基本構成は図2と同様である。 FIG. 4 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stators S1 to S4 of the stepping motor 2 in the 1-2 phase excitation which is an example of the excitation method implemented at the origin correction control. FIG. 5 is a diagram showing the excitation timing of each phase of the stators S1 to S4 of the stepping motor 2 in the one-phase excitation which is another example of the excitation method implemented at the time of origin correction control. The basic configurations of FIGS. 4 and 5 are the same as those of FIG.

図5に示すように、1相励磁では、ステータS1,S2,S3,S4のうちの単一の相のみが励磁される。図5に示すように、S1→S2→S3→S4の順で励磁されると、所定のステップ角だけステッピングモータ2が回転駆動する。また、この励磁の順を図5と逆の順番とすると逆回転する。1相励磁では、各相のパルス幅が1パルス分となり、2相励磁の半分となる。 As shown in FIG. 5, in one-phase excitation, only one phase of the stators S1, S2, S3 and S4 is excited. As shown in FIG. 5, when excited in the order of S1 → S2 → S3 → S4, the stepping motor 2 is rotationally driven by a predetermined step angle. Further, if the order of excitation is reversed from that in FIG. 5, the rotation is reversed. In one-phase excitation, the pulse width of each phase is one pulse, which is half that of two-phase excitation.

図4に示すように、1−2相励磁では、1相励磁及び2相励磁が交互に繰り返される。図4に示すように、1−2相励磁では、各相のパルス幅が3パルス分となり、次の相とは2パルス分だけずらして励磁される。これにより、1相のみが励磁される状態と、2相が同時に励磁される状態とが繰り返されつつ、順番に励磁するものとなる。 As shown in FIG. 4, in 1-2 phase excitation, 1-phase excitation and 2-phase excitation are alternately repeated. As shown in FIG. 4, in the 1-2 phase excitation, the pulse width of each phase is 3 pulses, and the excitation is performed by shifting the pulse width from the next phase by 2 pulses. As a result, the state in which only one phase is excited and the state in which the two phases are simultaneously excited are repeated, and the two phases are excited in order.

制御部4は、物理的には、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。上述した制御部4の各機能は、ROMに保持されるアプリケーションプログラムをRAMにロードしてCPUで実行することによって、CPUの制御のもとで各種装置を動作させると共に、RAMやROMにおけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。 The control unit 4 is physically an electronic circuit mainly composed of a well-known microcomputer including a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an interface. Each function of the control unit 4 described above loads the application program stored in the ROM into the RAM and executes it in the CPU to operate various devices under the control of the CPU and to operate the data in the RAM or the ROM. It is realized by reading and writing.

本実施形態に係るモータ駆動装置1の効果を説明する。このように、本実施形態に係るモータ駆動装置1は、ステッピングモータ2と、ステッピングモータ2により回転駆動される回転部材5と、回転部材5が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部6と、ステッピングモータ2の動作を制御する制御部4と、を備える。制御部4は、ステッピングモータ2により回転部材5を突き当て部6に突き当てることによって、ステッピングモータ2の原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成される。また、制御部4は、通常駆動の際には2相励磁でステッピングモータ2を駆動させ、原点補正制御の際には、1相励磁及び2相励磁を交互に行う1−2相励磁、又は、1相励磁でステッピングモータ2を駆動させる。 The effect of the motor drive device 1 according to the present embodiment will be described. As described above, in the motor drive device 1 according to the present embodiment, the stepping motor 2, the rotating member 5 rotationally driven by the stepping motor 2, and the abutting portion 6 arranged so that the rotating member 5 abuts by the rotational drive. And a control unit 4 that controls the operation of the stepping motor 2. The control unit 4 is configured to be able to execute origin correction control for correcting the origin position of the stepping motor 2 by abutting the rotating member 5 against the abutting portion 6 by the stepping motor 2. Further, the control unit 4 drives the stepping motor 2 by two-phase excitation during normal driving, and 1-2-phase excitation or two-phase excitation that alternately performs one-phase excitation and two-phase excitation during origin correction control. The stepping motor 2 is driven by one-phase excitation.

1−2相励磁及び1相励磁では、共に単一の相のみを励磁させる期間があるため、2相励磁と比較してステッピングモータ2が出力する駆動トルクは低減する。これにより、原点補正制御において回転部材5を突き当て部6に突き当てる動作を行う際に、回転部材5が突き当て部6に突き当たったときの跳ね返り量を低減できる。したがって、本実施形態のモータ駆動装置1は、原点補正制御において回転部材5の突き当て部6に対する跳ね返りによる補正精度の低下を抑制することができる。 In both the 1-2 phase excitation and the 1 phase excitation, since there is a period for exciting only a single phase, the drive torque output by the stepping motor 2 is reduced as compared with the 2 phase excitation. As a result, when the rotating member 5 is abutted against the abutting portion 6 in the origin correction control, the amount of rebound when the rotating member 5 abuts against the abutting portion 6 can be reduced. Therefore, the motor drive device 1 of the present embodiment can suppress a decrease in correction accuracy due to bounce of the rotating member 5 with respect to the abutting portion 6 in the origin correction control.

次に図6〜図8を参照して、上記実施形態に係るモータ駆動装置1の適用事例について説明する。図6は、実施形態に係るモータ駆動装置1がロータリーバルブ14(温度調整バルブ)として適用される燃料電池システムの冷却系10の構成を示すブロック図である。図7は、ロータリーバルブ14の突き当て構造の一例を示す図である。 Next, an application example of the motor drive device 1 according to the above embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a cooling system 10 of a fuel cell system to which the motor drive device 1 according to the embodiment is applied as a rotary valve 14 (temperature control valve). FIG. 7 is a diagram showing an example of the abutting structure of the rotary valve 14.

図6に示す燃料電池システムの冷却系10は、システム内の燃料電池(FC)スタック11に冷却水を適宜供給することによって燃料電池の作動温度を適切に保つ。冷却系10は、FCスタック11と、ラジエータ12と、ウォーターポンプ13と、ロータリーバルブ14とを備える。 The cooling system 10 of the fuel cell system shown in FIG. 6 appropriately maintains the operating temperature of the fuel cell by appropriately supplying cooling water to the fuel cell (FC) stack 11 in the system. The cooling system 10 includes an FC stack 11, a radiator 12, a water pump 13, and a rotary valve 14.

FCスタック11は、反応ガス(酸化ガス、燃料ガス)の供給を受けて電気化学反応により電力を発生する。ラジエータ12は、冷却系10を流れる冷却水を冷却する。ウォーターポンプ13は、FCスタック11とラジエータ12との間で冷却水を循環させる。図6の例では、ウォーターポンプ13は、ラジエータ12により冷却された冷却水を吐出してFCスタック11に供給する。 The FC stack 11 receives the supply of reaction gas (oxidation gas, fuel gas) and generates electric power by an electrochemical reaction. The radiator 12 cools the cooling water flowing through the cooling system 10. The water pump 13 circulates cooling water between the FC stack 11 and the radiator 12. In the example of FIG. 6, the water pump 13 discharges the cooling water cooled by the radiator 12 and supplies it to the FC stack 11.

ロータリーバルブ14は、FCスタック11とラジエータ12との間に設けられ、冷却水の流れを切り替える。図6の例では、ロータリーバルブ14は、FCスタック11から出力される冷却水をラジエータ12に供給する流路か、または、ラジエータ12を迂回してウォーターポンプ13に供給する流路に切り替える。例えば、冷却系10は、FCスタック11が高温で作動している場合には、冷却水がラジエータ12に供給され、ラジエータ12により冷却された後にFCスタック11に供給されるようにロータリーバルブ14を切り替え、これによりFCスタック11を冷却する。また、冷却系10は、例えば始動時などFCスタック11の作動温度が低い場合には、冷却水がラジエータ12を迂回するようにロータリーバルブ14を切り替え、これによりFCスタック11の過度の冷却を抑制する。 The rotary valve 14 is provided between the FC stack 11 and the radiator 12 to switch the flow of cooling water. In the example of FIG. 6, the rotary valve 14 switches to a flow path for supplying the cooling water output from the FC stack 11 to the radiator 12 or a flow path for bypassing the radiator 12 and supplying the water pump 13. For example, the cooling system 10 sets the rotary valve 14 so that when the FC stack 11 is operating at a high temperature, the cooling water is supplied to the radiator 12, cooled by the radiator 12, and then supplied to the FC stack 11. Switching, thereby cooling the FC stack 11. Further, when the operating temperature of the FC stack 11 is low, for example, at the time of starting, the cooling system 10 switches the rotary valve 14 so that the cooling water bypasses the radiator 12, thereby suppressing excessive cooling of the FC stack 11. To do.

ロータリーバルブ14は、弁体(図示せず)の回転角度を調整することによって流路を切り替えることができる。本実施形態のモータ駆動装置1は、この弁体の駆動源としてロータリーバルブ14に適用される。例えば図7に示すように、ロータリーバルブ14は、筐体15に収容され相互に連結される第1ギヤ16、第2ギヤ17、第3ギヤ18を有する。第1ギヤ16は、ステッピングモータ(図示せず)に接続され、ステッピングモータの回転と連動する。第3ギヤ18は、ロータリーバルブ14の弁体に接続され、弁体の回転と連動する。 The rotary valve 14 can switch the flow path by adjusting the rotation angle of the valve body (not shown). The motor drive device 1 of the present embodiment is applied to the rotary valve 14 as a drive source of the valve body. For example, as shown in FIG. 7, the rotary valve 14 has a first gear 16, a second gear 17, and a third gear 18 housed in a housing 15 and connected to each other. The first gear 16 is connected to a stepping motor (not shown) and interlocks with the rotation of the stepping motor. The third gear 18 is connected to the valve body of the rotary valve 14 and interlocks with the rotation of the valve body.

図7の例では、第3ギヤ18の外縁端部に回転部材5Aが設けられると共に、筐体15の内壁面から突出する突き当て部6Aが設けられる。これらの回転部材5A及び突き当て部6Aは、図3を参照して説明した回転部材5及び突き当て部6と同様の機能を有する。すなわち、原点補正制御を実行する際には、ステッピングモータにより、第1ギヤ16及び第2ギヤ17を経て第3ギヤ及び回転部材5Aを回転駆動させ、回転部材5Aを突き当て部6Aに突き当てることによって、ステッピングモータの原点位置を補正する。 In the example of FIG. 7, the rotating member 5A is provided at the outer edge end of the third gear 18, and the abutting portion 6A protruding from the inner wall surface of the housing 15 is provided. These rotating members 5A and abutting portions 6A have the same functions as the rotating members 5 and abutting portions 6 described with reference to FIG. That is, when executing the origin correction control, the stepping motor rotationally drives the third gear and the rotating member 5A via the first gear 16 and the second gear 17, and abuts the rotating member 5A against the abutting portion 6A. By doing so, the origin position of the stepping motor is corrected.

図8は、図6及び図7を参照して説明した燃料電池システムの冷却系10において実施される原点補正制御の一例を示すフローチャートである。ステップS1では、冷却系10の冷却水流量(ウォーターポンプ13の回転数)が所定量以下か否かが判定される。冷却水流量が所定量より多い場合(ステップS1のNo)には、ステップS2にて所定時間待機した後に、再びステップS1の判定が行われる。 FIG. 8 is a flowchart showing an example of origin correction control performed in the cooling system 10 of the fuel cell system described with reference to FIGS. 6 and 7. In step S1, it is determined whether or not the cooling water flow rate (rotational speed of the water pump 13) of the cooling system 10 is equal to or less than a predetermined amount. When the flow rate of the cooling water is larger than the predetermined amount (No in step S1), the determination in step S1 is performed again after waiting for a predetermined time in step S2.

一方、ステップS1の判定の結果、冷却系10の冷却水流量が所定量以下の場合(ステップS1のYes)には、ステップS3にて冷却水流量(ウォーターポンプ13の回転数)の上限値が変更される。本ステップでは、通常駆動時と比較して上限値が低減するように設定が変更される。変更後の冷却水流量の上限値は、例えば、上述のとおり本実施形態のモータ駆動装置1が原点補正制御の際にステッピングモータを1−2相励磁、又は、1相励磁で駆動させ、駆動トルクが低減した場合であっても、この低減した駆動トルクによってロータリーバルブ14の弁体を作動できる程度に少量に設定されるのが好ましい。 On the other hand, as a result of the determination in step S1, when the cooling water flow rate of the cooling system 10 is equal to or less than a predetermined amount (Yes in step S1), the upper limit of the cooling water flow rate (the number of rotations of the water pump 13) is set in step S3. Be changed. In this step, the setting is changed so that the upper limit value is reduced as compared with the normal driving. The upper limit of the changed cooling water flow rate is, for example, as described above, when the motor driving device 1 of the present embodiment drives the stepping motor by 1-2 phase excitation or 1 phase excitation when the origin correction control is performed. Even when the torque is reduced, it is preferable that the reduced drive torque is set to a small amount so that the valve body of the rotary valve 14 can be operated.

このようにステップS3にて冷却系10の冷却水流量が抑制された後に、ステップS4にて、ステッピングモータの原点補正制御が行われる。原点補正制御では、例えば回転部材5Aが突き当て部6Aに当接するように、ステッピングモータが突き当て部6Aに接近する側に所定ステップ回転するように制御される。 After the cooling water flow rate of the cooling system 10 is suppressed in step S3 in this way, the origin correction control of the stepping motor is performed in step S4. In the origin correction control, for example, the stepping motor is controlled to rotate in a predetermined step toward the side approaching the abutting portion 6A so that the rotating member 5A abuts on the abutting portion 6A.

原点補正制御が完了すると、ステップS5にて、ステップS3で変更された冷却水流量の上限値が解除され、通常時のものに戻されて本制御フローを終了する。 When the origin correction control is completed, in step S5, the upper limit value of the cooling water flow rate changed in step S3 is released, and the value is returned to the normal one to end the main control flow.

なお、燃料電池システムが車両に搭載される場合には、車両の始動時や停車時に図8のフローチャートを実施すれば、ステップS1の判定を行わなくてもよい。 When the fuel cell system is mounted on the vehicle, the determination in step S1 may not be performed if the flowchart of FIG. 8 is executed when the vehicle is started or stopped.

このように、本実施形態のモータ駆動装置1を燃料電池システムの冷却系10のロータリーバルブ14の駆動源として適用する構成においては、ステッピングモータの原点補正制御を実施する前に、冷却系10を流れる冷却水の流量をある閾値(例えばステップS3の変更後の上限値)以下にするのが好ましい。冷却系10では冷却水流量が大きくなるほど、ロータリーバルブ14を作動させるために必要になる駆動トルクは増える。本実施形態では、原点補正制御の際には2相励磁から1−2相励磁または1相励磁に変更するため、原点補正制御中のステッピングモータの駆動トルクは下がる。本実施形態では、原点補正制御の前に予め冷却水流量を低減させているので、原点補正制御中に下がった駆動トルクでも好適にロータリーバルブ14を作動させることができる。 As described above, in the configuration in which the motor drive device 1 of the present embodiment is applied as the drive source of the rotary valve 14 of the cooling system 10 of the fuel cell system, the cooling system 10 is operated before the origin correction control of the stepping motor is performed. It is preferable that the flow rate of the flowing cooling water is equal to or less than a certain threshold value (for example, the upper limit value after the change in step S3). In the cooling system 10, as the flow rate of the cooling water increases, the driving torque required to operate the rotary valve 14 increases. In the present embodiment, since the origin correction control is changed from the two-phase excitation to the 1-2 phase excitation or the one-phase excitation, the drive torque of the stepping motor during the origin correction control is reduced. In the present embodiment, since the cooling water flow rate is reduced in advance before the origin correction control, the rotary valve 14 can be suitably operated even with the drive torque lowered during the origin correction control.

図6〜図8の冷却系10と同様に、実施形態に係るモータ駆動装置1は、図9に示すように、燃料電池システムの酸化ガス配管系20にも適用することができる。図9は、実施形態に係るモータ駆動装置1がエアバルブ(バイパスバルブ24、封止バルブ22,23)として適用される燃料電池システムの酸化ガス配管系20の構成を示すブロック図である。 Similar to the cooling system 10 of FIGS. 6 to 8, the motor drive device 1 according to the embodiment can be applied to the oxide gas piping system 20 of the fuel cell system as shown in FIG. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an oxide gas piping system 20 of a fuel cell system to which the motor drive device 1 according to the embodiment is applied as an air valve (bypass valve 24, sealing valve 22, 23).

酸化ガス配管系20は、酸化ガスとしての空気をFCスタック11に供給し、余剰空気をFCスタック11から排出する。酸化ガス配管系20は、吸気系統に空気をFCスタック11に吐出するためのエアポンプ21と、吸気系統の酸化ガスの流れを調整する封止バルブ22とを有する。また、排気系統にも酸化ガスの流れを調整する封止バルブ23を有する。吸気系統の封止バルブ22より上流側と、排気系統の封止バルブ23より下流側とはバイパス流路により連結されており、このバイパス流路の流量を調整するバイパスバルブ24が設けられている。 The oxidation gas piping system 20 supplies air as an oxidation gas to the FC stack 11 and discharges excess air from the FC stack 11. The oxidation gas piping system 20 has an air pump 21 for discharging air to the FC stack 11 in the intake system, and a sealing valve 22 for adjusting the flow of the oxidation gas in the intake system. The exhaust system also has a sealing valve 23 that regulates the flow of oxidizing gas. The upstream side of the sealing valve 22 of the intake system and the downstream side of the sealing valve 23 of the exhaust system are connected by a bypass flow path, and a bypass valve 24 for adjusting the flow rate of the bypass flow path is provided. ..

本実施形態のモータ駆動装置1は、図6を参照して説明したロータリーバルブ14と同様に、酸化ガス配管系20のエアバルブ(バイパスバルブ24、封止バルブ22,23)の弁体の駆動源として適用することができる。また、図8のフローチャートを参照して説明した原点補正制御は、ウォーターポンプ13の回転数に基づき算出していた冷却水流量を、エアポンプ21の空気流量に置き換えることで、図9の構成においても同様に実施することができる。 The motor drive device 1 of the present embodiment is the drive source of the valve body of the air valve (bypass valve 24, sealing valve 22, 23) of the oxidation gas piping system 20 as in the rotary valve 14 described with reference to FIG. Can be applied as. Further, the origin correction control described with reference to the flowchart of FIG. 8 replaces the cooling water flow rate calculated based on the rotation speed of the water pump 13 with the air flow rate of the air pump 21, and also in the configuration of FIG. It can be carried out in the same way.

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The embodiments described above are for facilitating the understanding of the present invention, and are not for limiting and interpreting the present invention. Each element included in the embodiment and its arrangement, material, condition, shape, size, etc. are not limited to those exemplified, and can be changed as appropriate. In addition, the configurations shown in different embodiments can be partially replaced or combined.

上記実施形態では、モータ駆動装置1の制御対象として、図1に示したように2相ユニポーラ式のステッピングモータを例示したが、2相励磁、1−2相励磁、1相励磁を実施できれば他のタイプのステッピングモータを用いてもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 1, a two-phase unipolar stepping motor is exemplified as a control target of the motor drive device 1, but if two-phase excitation, one-two-phase excitation, and one-phase excitation can be performed, other Type of stepping motor may be used.

1…モータ駆動装置、2…ステッピングモータ、4…制御部、5,5A…回転部材、6,6A…突き当て部 1 ... Motor drive device, 2 ... Stepping motor, 4 ... Control unit, 5, 5A ... Rotating member, 6, 6A ... Butting part

Claims (1)

燃料電池システムの冷却系であって、
燃料電池と、
前記燃料電池に冷却水を供給するウォーターポンプと、
前記ウォーターポンプに供給される冷却水を冷却するラジエータと、
前記ラジエータを介する流路、又は前記ラジエータを迂回する流路に、前記ウォーターポンプに供給される冷却水の流れを切り替えるロータリーバルブと、
前記ロータリーバルブを駆動するモータ駆動装置と
を備え、
前記モータ駆動装置は、
ステッピングモータと、
前記ステッピングモータにより回転駆動される回転部材と、
前記回転部材が回転駆動によって付き当たるよう配置される突き当て部と、
前記ステッピングモータの動作を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記ステッピングモータにより前記回転部材を前記突き当て部に突き当てることによって、前記ステッピングモータの原点位置を補正する原点補正制御を実行可能に構成され、
前記制御部は、通常駆動の際には2相励磁で前記ステッピングモータを駆動させ、前記原点補正制御の際には、1相励磁及び2相励磁を交互に行う1−2相励磁、又は、1相励磁で前記ステッピングモータを駆動させ、
前記原点補正制御は、前記ウォーターポンプの回転数を所定の閾値以下に制御している間に実行され
前記所定の閾値は、前記ウォーターポンプの通常駆動時より低く、かつ、前記ステッピングモータの出力トルクによって前記ロータリーバルブを作動可能な値に設定される、
冷却系。
It is the cooling system of the fuel cell system.
With a fuel cell
A water pump that supplies cooling water to the fuel cell,
A radiator that cools the cooling water supplied to the water pump,
A rotary valve that switches the flow of cooling water supplied to the water pump to a flow path that passes through the radiator or a flow path that bypasses the radiator.
A motor drive device for driving the rotary valve is provided.
The motor drive device
With a stepping motor
A rotating member that is rotationally driven by the stepping motor,
An abutting portion where the rotating member is arranged so as to hit by rotational drive,
A control unit that controls the operation of the stepping motor is provided.
The control unit is configured to be capable of executing origin correction control for correcting the origin position of the stepping motor by abutting the rotating member against the abutting portion by the stepping motor.
The control unit drives the stepping motor with two-phase excitation during normal driving, and 1-2-phase excitation or two-phase excitation that alternately performs one-phase excitation and two-phase excitation during origin correction control, or The stepping motor is driven by one-phase excitation,
The origin correction control is executed while the rotation speed of the water pump is controlled to be equal to or lower than a predetermined threshold value .
Wherein the predetermined threshold is lower than that during normal driving of the water pump, and Ru is set to operable values the rotary valve by an output torque of said stepping motor,
Cooling system.
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