JPH06233592A - ステップモータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステップモータを脱調させることなく、しか
もできるだけ早く加速させたい。 【構成】 ステップモータによって動かされる物体の位
置を検出し、その検出値から物体が励磁相の切換に同期
して移動し始めたか否か判定する。同期移動が検出され
るまでの間は長時間間隔で励磁相を切換え、検出され次
第時間間隔を逓減する。 【作用】 脱調のおそれがなくなり次第加速される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばスロットルバル
ブ等のように、全開ないし全閉位置等の基準位置の側に
機械的に付勢されている物体を、その付勢力に抗して移
動させるために用いられるステップモータの制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】物体を移動させるステップモータにおい
て、ステップモータの通電停止中にロータやロータに機
械的に連携されている物体の位置が変わらなければ、通
電停止時の励磁相で通電を再開することによってロータ
と励磁相の同期が得られ、物体は励磁相の切換に同期し
て移動する。

【０００３】しかしながら、物体に付勢力が加えられて
いると、ステップモータの通電停止中にロータないしは
物体が移動することがある。このような場合、通電停止
時の励磁相で通電を再開しても、ただちには同期が確保
されない。例えば図２(a) に模式的に示すように、物体
ないしロータがｋの位置にあるときに通電を停止したの
にもかかわらず、通電停止中に矢印ｌのように移動し、
通電再開時にはｍの位置に移動していると、通電停止時
の励磁相で通電を再開しても、ただちには物体が励磁相
の切換に同期して移動することにならない。このような
場合ステップモータの回転を高速化させてゆくために、
励磁相の切換時間間隔を不用意に逓減させると、ステッ
プモータが脱調してしまうおそれがある。

【０００４】これに対策するために、特公昭５７−５４
６１３号公報に記載の技術が提案されている。この技術
では図２(c) に模式的に示されているように、通電再開
後所定の時間は長時間間隔で励磁相を切換える。ここで
励磁相の切換時間間隔は充分なトルクが発生する時間と
されている。

【０００５】しかしこの技術では、低速初期通電期間を
正確に決定するのが難しく、ステップモータの脱調を確
実に防止するためには、余裕を持たせた長期間の間低速
初期通電を継続しなければならない。このため物体の移
動が速やかになされないという問題がある。特開平１−
２５９７９３号公報にはこれを解決する技術が提案され
ている。この技術では、励磁相が一巡する間、低速初期
通電を実行する。このようにすると低速初期通電期間を
最短とできると考えられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこれらの
技術には２つの問題がある。 (1) 通電再開時の励磁相とロータの位置関係によって
は、低速初期通電の早期に同期が確保されることがあ
る。極端な場合、最初の励磁相で同期が確保されること
があり、あるいは２，３…番目の励磁相で同期すること
もある。このような場合、同期が得られた直後から励磁
相の切換時間間隔を逓減してステップモータを加速して
ゆくことができる。しかるに前記特開平１−２５９７９
３号公報の技術では、このような場合にも励磁相が一巡
するまでの間は加速しない。すなわちステップモータを
より迅速に駆動させる余地がありながらそれを活用して
いない。

【０００７】(2) 物体とステップモータがギヤ列等によ
って機械的に連携されていることがある。このような場
合、ギヤ列のバックラッシュ等によって物体位置とロー
タ位置は必ずしも対応しない。これが図２(b) に模式的
に示されており、図中ｊがバックラッシュを示してい
る。このような場合、励磁相を一巡させる間に励磁相と
ロータの同期は確保されてもなお物体は移動しないとい
ったことが生じる。このような事態が生じると、励磁相
の切換時間間隔を逓減させ、ステップモータの回転を高
速化させてゆく途中に物体を移動させ始めることにな
る。ステップモータに対する励磁相の切換時間間隔が短
くなるとステップモータは高速回転される反面トルクは
小さくなる。そこでトルクが小さくなった状態で物体を
移動させ始めることになる。このため、物体を移動させ
始めたときにステップモータが脱調してしまうといった
事態が発生する。

【０００８】なお物体が基準位置に付勢されている場
合、基準位置に対応する励磁相で通電が再開されるよう
にするのが普通である。しかしながら、経年変化によっ
て基準位置と予め定められている励磁相が対応しなくな
り、励磁相を一巡させてもなお物体が基準位置から動か
ないといった現象もよく見られる。本発明は上述の２つ
の問題を解決するものであり、より早く加速通電に切換
え得る余地がありながら低速初期通電を継続することが
なく、かつ加速通電への切換えが早すぎてその後にステ
ップモータが脱調してしまうこともなくしようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】そのために本発明では、
図１に模式的に示されているように、基準位置（例えば
ストッパＡに当接する位置）側にばねＢ等で付勢されて
いる物体Ｃを付勢力に抗して移動させるステップモータ
Ｄの制御装置であり、前記物体Ｃの実際の位置を検出す
る物体位置検出手段Ｅ、前記ステップモータＤに通電す
る励磁相を順に切換える励磁相切換手段Ｆ、前記物体位
置検出手段Ｅの検出値と前記励磁相切換手段Ｆの作動タ
イミングとから前記物体Ｃが励磁相の切換に同期して移
動し始めたタイミングを検出する同期移動タイミング検
出手段Ｇ、前記励磁相切換手段Ｆの作動タイミングを前
記同期移動タイミング検出手段Ｇで同期移動が検出され
るまでの間は長時間間隔とし、同期移動が検出されたと
き以降は時間間隔を逓減させてゆく時間間隔調整手段Ｈ
とを有するステップモータの制御装置を創り出した。な
おここでいう長時間間隔とは、非同期位置にあるロータ
を励磁相と同期する位置に移動させることができ、かつ
物体を負荷に抗して励磁相の切換に同期して移動させる
に要するトルク値以上のトルクがステップモータに発生
する時間間隔をいう。

【００１０】

【作用】この発明によると、物体が励磁相の切換に同期
して移動し始めたか否かが直接検出され、その前後で低
速初期通電と加速通電が切換えられる。このため低速初
期通電を不必要に続けたりあるいは加速通電への切換が
早すぎることがなく、ステップモータは脱調することな
く素早く加速されてゆく。

【００１１】

【発明の効果】この発明によると、ステップモータは脱
調が発生しないという条件のなかで最大に素早く加速さ
れてゆき、物体移動の応答性も向上する。このためこの
発明を例えばスロットルバルブの回動制御に用いると、
エンジンの応答性が向上する。しかもこの発明は、予め
定められた一定の条件で加速通電に切換えるものでない
ために、ステップモータと物体間を連携するギヤ列のバ
ックラッシュや基準位置等に経年変化があっても対応す
ることかでき、常時脱調が発生しないという条件のなか
で最大の応答性が確保される。

【００１２】

【実施例】図３は本発明をエンジンのトラクションコン
トロールシステムに適用した一実施例のシステム構成を
示している。図中２はエンジンを示し、その吸気管６に
メインスロットルバルブ８が組付けられている。メイン
スロットルバルブ８は図示しないアクセルペダルに機械
的に連携されており、アクセルペダルの踏込み量に対応
して回動する。吸気管６にはエンジン２のトラクション
コントロール用にサブスロットルバルブ１２が組込まれ
ている。このサブスロットルバルブ１２は図示しないば
ねによって全開位置に付勢されている。そして車輪にス
リップが発生すると吸気路６の通路面積を狭めてスリッ
プを解消するように用いられる。このサブスロットルバ
ルブ１２はステップモータ１０で回転される。すなわち
この実施例では、サブスロットルバルブ１２がステップ
モータ１０で移動される物体となっている。サブスロッ
トルバルブ１２のシャフトにはスロットルセンサ４が取
付けられており、スロットルバルブ１２の開度、すなわ
ちステップモータ１０で移動される物体の実際の位置が
検出可能となっている。

【００１３】スロットルセンサ４の検出信号は入力イン
ターフェース２４を介してＣＰＵ２６に入力可能となっ
ている。この他アクセル開度を検出するセンサ１４の検
出信号と車輪の速度を検出するセンサ１６の検出信号も
入力インターフェース２４を介してＣＰＵ２６に入力可
能となっている。ＣＰＵ２６にはＲＯＭ２８とＲＡＭ３
０が接続され、マイクロコンピュータシステム２０が形
成されている。この他ＣＰＵ２６には駆動回路２２が接
続されており、この駆動回路２２によってステップモー
タ１０が駆動される。

【００１４】この実施例の場合、ステップモータ１０は
４相タイプであり、これが１−２相励磁で用いられる。
すなわちステップモータ１０の各相に対し、図４に示す
励磁相パターンに従って順に励磁相が切換えられてゆ
く。サブスロットルバルブ１２を全開位置から閉じ側に
移動させるには励磁相パターンを０→…→７→０→…の
順に切換えてゆく。

【００１５】この実施例ではＣＰＵ２６に図５の処理を
実行させるプログラムがＲＯＭ２８に記憶されている。
ＲＯＭ２８の処理は、アクセルの開度を検出するセンサ
１４や車輪の速度を検出するセンサ１６の値に基づいて
ＣＰＵ２６で計算されるサブスロットルバルブ１２の目
標開度が現在の開度と異なったときに割込み実行され、
その後はステップＳ７でセットされる時間の経過時毎に
割込み実行されるように手配されている。

【００１６】次に図５の処理を説明するに先立ってその
処理で用いられるＭＳＰＤについて説明する。図６に示
されているように、ＭＳＰＤは励磁相の切換時間間隔を
定める値でレベル０から８までのいずれかの値をとる。
レベル０のとき切換時間間隔は最も長くステップモータ
１０は最低速最大トルク状態で駆動される。レベル８の
とき切換時間間隔は最も短く、ステップモータ１０は最
高速最小トルク状態で駆動される。レベル０の時間間隔
は、その励磁相に対応する位置にロータや物体が動き得
るかぎり、すなわち全開位置を規制するストッパによっ
てそれ以上の動きが禁止されない限り、その励磁相に対
応する位置にロータや物体を移動させ得るとともにロー
タや物体の始動時に生じたダンピングを収束させる時間
間隔とされている。レベル１の時間間隔は、ダンピング
を確実に収束させるほど長くはないが、それでも非同期
位置の物体やロータを同期位置に移動させ得るトルクが
生じる時間間隔とされている。レベル２以上の時間間隔
は、物体やロータが同期していればその同期状態を維持
できるけれども、非同期のものを同期させるほどの時間
間隔とされていない。これらのレベルは加速通電中に用
いられるレベルである。

【００１７】さてサブスロットルバルブ１２の目標開度
が現在の開度と異なったとき、図５の処理が最初に実行
される。このときはステップＳ１でイエスとなり、スピ
ードレベルＭＳＰＤにゼロをセットする（ステップＳ
２）。次に励磁相を決定するＳＴＥＰに初期値をいれる
（ステップＳ３）。このＳＴＥＰの下位３ビットで図４
に示す０〜７の励磁相パターンのいずれかが決定され
る。サブスロットルバルブ１２が全開位置にある間にス
リップの発生が検出され、サブスロットルバルブ１２を
閉じる場合は、この初期値として全開位置に相当するス
テップ数がセットされる。従ってバックラッシュ等が存
在しなければ、この初期値によって定められるステップ
数で決まる励磁相で通電すれば、ロータと励磁相は同期
するはずである。しかるに経年変化等によって必ずしも
その限りではない。

【００１８】以上の処理後、ステップＳ４で同期フラグ
に“非同期”を示す“０”をセットし、ステップＳ５で
スロットルセンサ４で検出される現在のサブスロットル
バルブ１２の開度をＴＡにセットする。次にステップＳ
３で入力されたＳＴＥＰの下位３ビットで決定される励
磁相を決定し、その励磁相での通電を開始する（ステッ
プＳ６）。この後ＭＳＰＤのレベル、この場合“０”レ
ベルに対応する時間間隔をタイマにセットし（ステップ
Ｓ７）、この時間の経過後に図５の処理が再度実行され
るようにする。

【００１９】以上の処理の結果、次のいずれかの現象が
生じる。まずステップＳ３で決定される励磁相が全開
（基準）位置から閉じ側にあるときは、ステップＳ６の
励磁によってロータないしサブスロットルバルブ１２は
その励磁相に対応する位置に移動される（図８Ｐ参
照）。これに対しステップＳ３で決定される励磁相が全
開（基準）位置からさらに開き側にあると、サブスロッ
トルバルブ１２は励磁相に対応する位置にならない。す
なわち図７のＱに示す位置に動かなければ励磁相と同期
しないにもかかわらずＱ１の位置以上には動けないこと
になる。この場合にも２つのケースが存在し、１つはバ
ックラッシュ等の存在によって物体は同期位置に移動で
きなくともロータは同期位置に移動しているケース、他
の１つはバックラッシュがないかもしくはバックラッシ
ュ分以上ずれているかのいずれかのために、ロータも同
期しないケースである。いずれの場合も物体は同期位置
に移動せず、基準位置におかれている。

【００２０】さてこのようにしてステップモータの再通
電開始時にＭＳＰＤにゼロがセットされた状態で通電が
開始された後、ＭＳＰＤのゼロに対応する時間が経過す
ると再度図５の処理が実行される。この場合は、ステッ
プＳ１がノーとなり同期フラグにゼロがセットされてい
るか否か判定する（ステップＳ８）。この場合、先の実
行時にステップＳ４でゼロがセットされているためイエ
スとなり、ステップＳ９が実行される。

【００２１】ステップＳ９は物体（サブスロットルバル
ブ１２）がステップモータ１０の励磁相の切換えに同期
して移動し始めたか否かを判定するものであり、具体的
には全開位置に相当する励磁相で通電し始めるときにス
テップＳ５で記憶されたスロットル開度ＴＡと今回のス
ロットル開度との差が所定値以上か否かを判定するもの
である。ここで所定値には１相分の励磁相が切換えられ
たときにそれに追随してサブスロットルバルブ１２が動
くときの１／２程度の開度がとられており、物体が励磁
相の切換に同期して移動したか否かの判断が可能となっ
ている。

【００２２】ステップＳ９の判定において、なおサブス
ロットルバルブ１２が動かなければ（これは図７のＱ２
に示す時間間隔の終了時等に生じる）判定結果はノーと
なる。また図８のＷに示す時間間隔の終了時において、
サブスロットルバルブ１２が動いても、それが所定値に
満たなければ、判定結果はノーとなる。この場合はステ
ップＳ１０でＳＴＥＰを１つだけ更新して励磁相を切換
え、ステップＳ１１でスピードレベルを１とする。スピ
ードレベル１はステップモータに充分なトルクが発生し
てたとえ非同期であっても脱調しないスピードとされて
いる。以後ステップＳ５以下を繰返す。このため次の励
磁相がスピードレベル“１”での時間間隔、すなわち長
時間間隔に維持される。

【００２３】ステップＳ９がイエスとなるまでさらに同
様の処理が繰返される。このようにして励磁相は図７の
Ｑ→Ｒ→Ｓ→Ｔと切換えられてゆく。そしてこの間は励
磁相の切換時間間隔が長時間間隔に維持される。

【００２４】次に図７の時間間隔Ｔの終了時あるいは図
８の時間間隔Ｗの終了時（時間間隔Ｗの終了時点でサブ
スロットルバルブの移動量が所定値未満のときは時間間
隔Ｘの終了時）のように、サブスロットルバルブ１２が
励磁相の切換えに同期して移動し始めると、ステップＳ
９がイエスとなる。こうなると次に同期フラグに“１”
をセットして（ステップＳ１２）サブスロットルバルブ
１２が励磁相の切換えに同期して移動し始めたことに対
応させる。次にステップＳ１３で励磁相パターンを次の
順のパターンに切換え、そしてＭＳＰＤを計算する（ス
テップＳ１４）。ここでＭＳＰＤは目標ステップ数と現
ステップ数の差に基づいて計算されるものであり、その
差が大きいときには、２→３→４→５→６→７→８と加
速してゆく。

【００２５】さて図７と図８は本発明によるときの励磁
相の切換を従来と対比して示すものであり、実線が本実
施例のものを、破線が従来技術を示している。従来の技
術によると励磁相が一巡するまでの間は一律に低速初期
通電（すなわちＭＳＰＤ＝１に相当する）を続ける。こ
れに対し本発明では物体（この場合サブスロットルバル
ブ１２）が励磁相の切換に同期して回転し始めた直後か
ら加速通電に切換えられ、迅速に加速されてゆく。

【００２６】また図７，図８では図示されていないが、
サブスロットルバルブ１２の基準位置（図７のＱ１に相
当する）と最初の励磁相（図７のＱに相当する）が経年
変化によって大きくずれてしまったような場合、励磁相
を一巡させてもなおサブスロットルバルブ１２が動き始
めないことがある。この実施例ではこのような場合に
も、サブスロットルバルブ１２が励磁相の切換えに同期
して回転し始めるまでの間はＭＳＰＤ＝１の状態、すな
わち長時間間隔で励磁相を切換える状態が継続されるた
めに、サブスロットルバルブ１２を動かし始めるときに
ステップモータ１０が脱調してしまうことはない。そし
てその心配がなくなりしだい加速されてゆくため、可能
範囲内で最大の追従性が確保される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の概念を模式的に示す図

【図２】従来技術を模式的に示す図

【図３】実施例のシステム構成を示す図

【図４】励磁相パターンを示す図

【図５】処理手順を示す図

【図６】スピードレベルを示す図

【図７】処理結果の一例を示す図

【図８】処理結果の他の例を示す図

【符号の説明】

Ｄ：ステップモータ Ｅ：物体位置検出手段 Ｆ：励磁相切換手段 Ｇ：同期移動タイミング検出手段 Ｈ：時間間隔調整手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準位置側に付勢されている物体を付勢
   力に抗して移動させるステップモータの制御装置であ
   り、 前記物体の実際の位置を検出する物体位置検出手段、 前記ステップモータに通電する励磁相を順に切換える励
   磁相切換手段、 前記物体位置検出手段の検出値と前記励磁相切換手段の
   作動タイミングとから前記物体が励磁相の切換に同期し
   て移動し始めたタイミングを検出する同期移動タイミン
   グ検出手段、 前記励磁相切換手段の作動タイミングを、前記同期移動
   タイミング検出手段で同期移動が検出されるまでの間は
   長時間間隔とし、同期移動が検出されたとき以降は時間
   間隔を逓減させてゆく時間間隔調整手段、 とを有するステップモータの制御装置。