JPH0624396U - 直流モータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 モータ寿命の向上と適正なトルク性能の維持
とを両立させること。 【構成】 モータ駆動指令が出力されるとリレーＸをオ
フにした状態でモータＭに所定の駆動電圧を供給し、所
定時間経過したらリレーＸをオンする。つまり、モータ
Ｍを始動するに必要以上の電流（過電流）を抑え、定常
運転になるころに電流制限を解除して所望のトルクを維
持する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は流量制御弁を駆動する直流モータの制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来から、流量調整や流路開閉を行う流量制御弁は、例えば流体加熱器等に用 いられており、この制御弁の駆動源として一般に直流モータが使用されている。 こうした直流モータは、図９に示すように、駆動電圧供給回路２に接続され、モ ータ駆動指令部３から駆動指令が出力されると、所定の駆動電圧が印加されて回 転する。そして、駆動指令がオフになると、電圧供給が断たれて停止する（図１ ０のＳ１〜Ｓ４参照）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、図４（Ａ）に示すように、直流モータ始動時においては、流量 制御弁を動作させるために必要とされる電流よりはるかに大きな電流（始動電流 ）が流れるため、モータ自身の寿命が短くなってしまうという問題が生じていた 。また、電流を抑えるために抵抗等の負荷を直列接続すれば、今度は始動時だけ でなく定常時の駆動電流まで少なくなってしまい、所望の出力トルクが得られな くなってしまうという新たな問題が生じてしまう。 本考案は上記課題を解決し、モータ寿命向上と適正なトルク性能の維持とを両 立させることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案の第１の直流モータの制御装置は、 流量制御弁を動作させる直流モータの制御装置において、 上記直流モータを駆動する駆動回路と、 上記直流モータの始動時における電流を抑える始動電流制限手段と、 上記始動電流制限手段の動作を所定のタイミングで解除して通常駆動に切り換 える電流制限解除手段と を備えたことを要旨とする。

【０００５】 本考案の第２の直流モータの制御装置は、上記第１の考案における上記所定の タイミングを、始動時から所定時間経過した時期としたことを要旨とする。

【０００６】 本考案の第３の直流モータの制御装置は、上記第１の考案における上記所定の タイミングを、制御対象となる流体の流量変化が検出された時期と略等しくした ことを要旨とする。

【０００７】 本考案の第４の直流モータの制御装置は、上記第１の考案における上記所定の タイミングを、上記直流モータの始動電流が所定値以下にまで下がった時とした ことを要旨とする。

【０００８】 本考案の第５の直流モータの制御装置は、上記第１ないし第４の考案において 、上記流量制御弁を開放方向に動作させる場合と絞り方向に動作させる場合とで 、上記始動電流の抑え度合を変えることを要旨とする。

【０００９】

【作用】

上記構成を有する本考案の直流モータの制御装置は、直流モータを始動させる にあたり始動電流制限手段により始動電流を抑え、その後所定のタイミングで電 流制限解除手段により電流制限を解除して通常駆動に切り換える。従って、始動 時には、流量制御弁を始動させるのに必要以上の電流（過電流）を流さないよう にすることができ、しかも、途中で電流制限を解除するため定常動作時における 必要なトルクを維持することができる。

【００１０】 また、第２の考案では、電流制限を解除するタイミングを始動時から所定時間 経過した時期としており、例えば、０．１秒と設定しておけば、始動時の０．１ 秒間のみ電流が抑えられ、以後は通常駆動に切り換わるため何等トルク不足とは ならない。

【００１１】 また、第３の考案では、電流制限を解除するタイミングを流体の流量変化が検 出された時期と略等しくしており、例えば、流量センサにより得られる出力信号 の変化を検出することで、直流モータにより流量制御弁が動作し始めたことが検 知でき、この検知タイミングで通常駆動に戻す。つまり、一旦流量制御弁が動作 し始めてからは過度の電流が流れないことから、このタイミングで電流制限を解 除するのである。この結果、トルク不足は生じない。

【００１２】 また、第４の考案では、電流制限を解除するタイミングを電流値が所定値以下 にまで下がった時としている。一般に直流モータの始動時においては、図４（Ａ ）に示すように始動直後（電圧印加時）において急激に突入電流が流れ、その後 電流値が減少して定常値に安定する。本考案では、こうした特性を利用して、こ の始動電流が下がって所定値以下になったときに、電流制限を解除して通常駆動 に戻す。従って、定常状態においては必要なトルクを維持でき、また、始動時に おいては必要以上の電流が抑えられる。

【００１３】 また、第５の考案では、直流モータにて流量制御弁を開放方向に動作させる場 合と絞り方向に動作させる場合とで、始動電流の抑え度合を変更する。つまり、 流量制御弁を動作させる場合、開放側と絞り側とでは必要とされるトルクが異な る場合があるため、それに応じて電流の抑え度合を変更する。例えば、流量制御 弁を開放側に駆動する場合の方が大きなトルクを要するのであれば、開放側への 駆動時における始動電流抑え度合を小さくすれば、一層良好な始動電流制御を実 現することができる。

【００１４】

【実施例】

以上説明した本考案の構成・作用を一層明らかにするために、以下本考案の直 流モータの制御装置の好適な実施例について説明する。 図１は、一実施例としての直流モータ（ブラシモータ）の制御装置の概略構成 を表す。本実施例では、給湯器に用いられる水絞り弁（図２に示す）を駆動する ものとして説明する。

【００１５】 制御装置１は、直流モータＭ（以下、単にモータＭと呼ぶ）に所定電圧を印加 する駆動電圧供給回路２と、この駆動電圧供給回路２に駆動指令を送る駆動指令 部３とを備えると共に、モータＭの電圧供給ラインには電流制限解除用リレーＸ （以下、単にリレーＸと呼ぶ）を並列に設けた電流制限用抵抗Ｒ（以下、単に抵 抗Ｒと呼ぶ）が接続される。更に、このリレーＸを駆動するリレー駆動回路４と 、リレーＸの駆動タイミングを判定する電流制限判定回路５とを備える。この電 流制限判定回路５は、駆動指令部３からのモータ駆動指令を入力し、その指令時 からの電流制限期間を決定するもので、その詳細な動作については後述する。尚 、図中破線あるいは一点鎖線にて示すものは、後述する別の実施例に用いる構成 である。

【００１６】 次に、このモータＭにより作動する水絞り弁について図２を用いて説明する。 水絞り弁１０は、ハウジング１１内に形成した流路途中に弁シート１２を形成し 、その弁シート１２に向かい合って、弁ガイド１３内を進退する弁体１４を設け たものである。詳しくは、弁ガイド１３内に形成したネジ１５に弁体１４をかみ 合わせる共に、弁体１４の軸端部に形成した凸部１６とモータ軸１７端部に形成 した凹部１８とを係合して、モータ軸１７の回転により弁体１４を回転させ、そ の回転により弁体１４自身を弁ガイド１３内で進退させる構成としている。従っ て、モータＭを駆動することにより、弁シート１２と弁体１４との隙間を変化さ せて流量調整が可能となっている。

【００１７】 次に、モータＭを駆動制御する制御装置１の動作について説明する。図３は、 この動作（モータ始動電流制御）を表すフローチャートである。まず、モータ駆 動指令がオンされると（Ｓ１０）、タイマのカウントを開始すると共に駆動電圧 供給回路２によりモータＭに所定の駆動電圧を印加する（Ｓ１１）。このタイマ は、モータ始動時からの時間を積算するためのものである。そして、このタイマ 値に基づいて、始動から予め設定された時間（例えば０．１秒）経過したと判断 すると（Ｓ１３）、リレー駆動回路４によりリレーＸをオンする（Ｓ１４）。 つまり、モータ始動から所定時間経過するまでは、抵抗Ｒを直列に接続した状 態で電圧供給して図１矢印ａに示すように電流を流し、所定時間経過後にはリレ ーＸをオンして矢印ｂに示すように抵抗Ｒを迂回したかたちで電流を流すのであ る。

【００１８】 従って、図４（Ｂ）のグラフ（電流推移を表す）に示すように、モータ始動か ら所定期間ｔの間は電流が抑えられ、時刻Ｔ１にてリレーＸをオンしてからは通 常の駆動電流に戻る。この場合、始動時でのトルクは減少するものの、抵抗Ｘの 選定により水絞り弁１０を駆動するために必要とされるだけの電流を流すように すれば何等問題ない。つまり、従来において、始動時に必要以上流していた電流 分をカットするようにすればよい。

【００１９】 図３の動作説明に戻る。ステップ１４にて通常駆動としてリレーＸがオンされ た後、モータ駆動指令がオフになると（Ｓ１５）駆動電圧供給回路２による電圧 供給を停止すると共にリレーＸをオフして（Ｓ１６）ステップ１０に戻り、モー タ駆動指令がオンされるまで待機し、上述した処理を繰り返す。尚、モータ始動 から所定時間経過する前にモータ駆動指令がオフになれば（Ｓ１２）、駆動電圧 供給回路２による電圧供給を停止すると共にタイマをリセットして（Ｓ１７）ス テップ１０に移行する。

【００２０】 以上説明したように本実施例の制御装置１によれば、モータＭの始動電流が抑 えられモータＭの寿命が長くなる。特に、ブラシ型モータでは、モータ軸とブラ シ（図示略）との間に流れる電流により両者の接触面の摩耗度合が大きく左右さ れるため、非常に有効なものとなる。また、定常駆動時には所定のトルクを得る ことができるため、モータの性能を損なうこともない。

【００２１】 次に、第２実施例について説明する。この実施例では、電流制限を解除するタ イミングを流量変化が検出された時とするものである。流量を検出するために本 実施例では、図１に破線で示すように、水流センサＳの出力を電流制限判定回路 ５に入力する。尚、水流センサ５は水絞り弁１０に連なる流路であればどこに設 けてもよい。そして、モータ駆動指令が出力されてから水流センサ出力変化が検 出されるまでリレーＸをオフして始動電流を抑えるのである。

【００２２】 つまり、図３に示した第１実施例の処理ステップ１１およびステップ１３に代 えて、図５に示すステップ２１およびステップ２３の処理を行う。詳しくは、ス テップ２１にて駆動電圧を供給すると共に水流センサＳの出力信号を毎回読み取 り、このループ処理の途中でステップ２３にて所定レベル以上の流量変化が生じ たと判断したときにステップ１４に移行して電流制限を解除する。こうして、始 動電流を抑えると共に、一旦水絞り弁１０（弁体１４）が動作し始めたら電流を 抑える必要がないため通常駆動に戻すのである。

【００２３】 次に、第３実施例について説明する。この実施例では、電流制限を解除するタ イミングを始動電流が所定値以下にまで下がった時とするものである。本実施例 では、図１に一点鎖線で示すように、電流検出回路６を設けて、この出力を電流 制限判定回路５に入力する。そして、モータ駆動指令が出力されてから始動電流 が所定値以下に下がるまでリレーＸをオフして始動電流を抑えるのである。

【００２４】 つまり、図３に示した第１実施例の処理ステップ１１およびステップ１３に代 えて、図６に示すステップ３１およびステップ３３の処理を行う。詳しくは、ス テップ３１にて始動電流を毎回検出し、この途中でステップ３３にて始動電流が 所定値Ａ以下に下がったと判断したときに、ステップ１４に移行して電流制限を 解除する。図４（Ｃ）は、このときの電流の推移を表すもので、所定値Ａ以下に 下がった時刻Ｔ２にて電流制限が解除されて通常駆動に切り換えられる。

【００２５】 次に、第４実施例について説明する。この実施例では、モータＭの回転方向つ まり水絞り弁１０（弁体１４）の動作方向に応じて電流の抑え度合を変えるもの である。一般に、水絞り弁１０を動作させるに必要なトルクは、絞り方向に動作 させる場合よりも開放方向に動作させる場合の方が大きい。そこでモータＭの電 圧供給ラインに接続する電流制限用抵抗の抵抗値を、開放方向動作時のほうが小 さくなるようにする。例えば、図７に示すように、電圧供給ラインに２種類の抵 抗Ｒ１，Ｒ２（Ｒ１＞Ｒ２）を接続し、それぞれに電流制限解除用のリレーＸ１ ，Ｘ２を設け、リレー駆動回路４からそれぞれリレー駆動信号を送るように構成 する。この動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。

【００２６】 まず、モータ駆動指令がオンされると（Ｓ４０）、水絞り弁１０の開放側駆動 の場合（モータ正転指令）にはリレーＸ１をオンし、逆に絞り側駆動の場合（モ ータ逆転指令）にはリレーＸ２をオンする（Ｓ４１〜４３）。次に、タイマのカ ウントを開始すると共にモータＭに所定の駆動電圧を印加する（Ｓ４４）。そし て、予め設定された時間経過すると（Ｓ４６）、リレーＸ１，Ｘ２をオン、つま りオフになっていた他方のリレーをオンする（Ｓ４７）。こうして両方の抵抗Ｒ １，Ｒ２を迂回したかたちで電流が流れる。つまり、通常の駆動電流に切り替わ る。

【００２７】 その後、モータ駆動指令がオフになると駆動電圧供給回路２による電圧供給を 停止すると共にリレーＸ１，Ｘ２をオフして（Ｓ４８，４９）ステップ４０に戻 り、モータ駆動指令がオンされるまで待機して上述した処理を繰り返すのである 。

【００２８】 以上説明した処理によれば、水絞り弁１０の動作方向に応じた電流抑え度合に することができ、過度に始動電流を抑えてトルク不足を生じたり、逆に必要以上 に始動電流を流してモータＭの寿命を低下させるといた不具合を生じない。尚、 この実施例ではタイマにより電流制限タイミングを得ているが、先に示した実施 例のように流量検出や電流値に基づいて行ってもよい。

【００２９】 以上本考案の実施例について説明したが、本考案はこうした実施例に何等限定 されるものではなく、例えば、ガス量制御弁に用いた構成であってもよく、本考 案の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論であ る。

【００３０】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の直流モータの制御装置によれば、モータ寿命の 向上と適正なトルク性能の維持との両立を図ることができるという優れた効果を 奏する。また、流量制御弁の動作方向に応じて始動電流抑え度合を変えるもので は、各動作方向に応じた必要トルクと電流制限との関係を一層適切なものにする ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例としての直流モータの制御装置の概略
構成図である。

【図２】水絞り弁の概略構成図である。

【図３】モータ制御ルーチンを表すフローチャートであ
る。

【図４】始動時の電流の推移を表すグラフである。

【図５】第２実施例のモータ制御ルーチンの要部を表す
フローチャートである。

【図６】第３実施例のモータ制御ルーチンの要部を表す
フローチャートである。

【図７】第４実施例の直流モータの制御装置の概略構成
図である。

【図８】第４実施例のモータ制御ルーチンの要部を表す
フローチャートである。

【図９】従来の直流モータの制御装置の概略構成図であ
る。

【図１０】従来のモータ制御ルーチンを表すフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１…制御装置，２…駆動電圧供給回路，３…駆動指令
部，４…リレー駆動回路，５…電流制限判定回路，６…
電流検出回路，１０…水絞り弁， Ｍ…直流モータ，Ｒ
・Ｒ１・Ｒ２…抵抗，Ｘ・Ｘ１・Ｘ２…リレー。

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 流量制御弁を動作させる直流モータの制
   御装置において、 上記直流モータを駆動する駆動回路と、 上記直流モータの始動時における電流を抑える始動電流
   制限手段と、 上記始動電流制限手段の動作を所定のタイミングで解除
   して通常駆動に切り換える電流制限解除手段とを備えた
   ことを特徴とする直流モータの制御装置。
2. 【請求項２】 上記所定のタイミングは、始動時から所
   定時間経過した時期としたことを特徴とする請求項１記
   載の直流モータの制御装置。
3. 【請求項３】 上記所定のタイミングは、制御対象とな
   る流体の流量変化が検出された時期と略等しくしたこと
   を特徴とする請求項１記載の直流モータの制御装置。
4. 【請求項４】 上記所定のタイミングは、上記直流モー
   タの始動電流が所定値以下にまで下がった時としたこと
   を特徴とする請求項１記載の直流モータの制御装置。
5. 【請求項５】 上記流量制御弁を開放方向に動作させる
   場合と絞り方向に動作させる場合とで、上記始動電流の
   抑え度合を変えることを特徴とする請求項１，２，３，
   ４記載の直流モータの制御装置。