JPH0713439Y2

JPH0713439Y2 - 車両用ステップモータの制御装置

Info

Publication number: JPH0713439Y2
Application number: JP15613688U
Authority: JP
Inventors: 強袖野; 伸孝高橋; 雄司加藤; 修平山下
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2003-11-30
Also published as: JPH0276000U

Description

【考案の詳細な説明】産業上の利用分野この考案は、例えば自動車用内燃機関のアイドル回転数
制御装置等に用いられる車両用ステップモータの制御装
置に関する。

従来の技術デジタル制御に好適なステップモータは、車両例えば自
動車等の制御分野においても多く用いられる傾向にあ
る。その代表的なものとして、例えば実開昭57−54636
号公報や実開昭57−63943号公報等には、自動車用機関
のアイドル回転数制御装置、詳しくはスロットル弁をバ
イパスして機関に供給する補助空気量の流量制御弁のア
クチュエータとしてステップモータを用いた構成が示さ
れている。またそのほか、各種制御弁のアクチュエータ
等として広く利用されつつある。

ところで、この種のステップモータにおいては、制御安
定性ならびに応答性を高めるために、同時に二つの相を
励磁して１ステップづつ進めて行く二相励磁方式が多く
用いられている。またステップ位置が目標位置に到達し
た段階でも無励磁状態とはせずに、二相に通電し続ける
ことで高い静止トルクを確保するようにするのが一般的
である。

しかしながら、限られた容量の車載バッテリを電源とす
る車両用ステップモータにあっては、静止状態の間もコ
イルに通電し続けることはバッテリ消費の上で好ましく
ない。そのため実際には、上述したアイドル回転数制御
装置の流量制御弁等において、静止状態での静止トルク
が特に要求されない場合には、ステップ位置が目標位置
に到達した段階で通電を停止して、電力消費の軽減を図
ることが行われている。

例えば、第６図はａ〜ｄの四相のコイル31を有し、かつ
ロータ32として永久磁石を用いた四相ステップモータの
構成を模式的に示している。尚、これは各相のコイル31
が励磁されるとロータ32のＳ極を吸引するものとして説
明してある。同図のＩ〜IVは何れも二相励磁状態におけ
るロータ32の姿勢を示したもので、ＩからIIへ進んで、
つまり（ｄ相,a相）の励磁状態から（ａ相,b相）の励磁
状態へ変われば、ロータ32は１ステップ進む。同様にII
からIII、IIIからIV、更にIVからＩへと進めば、ロータ
32は各々１ステップづつ進む。尚、図示例ではステップ
角は90°であり、４ステップで１回転することになる。

そして、目標ステップ位置に到達して静止した場合に
は、直ちに無励磁にせずに一旦一相励磁に切り換えられ
る。例えばIVの状態で静止したとしたら、いずれか一
方、例えば上位のｃ相のみが励磁される。これによって
ロータ32は第７図に示すような姿勢となり、この状態で
次に無励磁となる。すなわち、この第７図に示したよう
な姿勢にあれば、無励磁であっても、対向した永久磁石
の極とステータの極とによってディテントトルクが与え
られ、比較的安定した静止状態が得られるのである。

考案が解決しようとする課題しかしながら、従来は目標のステップ位置に到達した時
点で直ちに一相励磁に移行するようにしているので、ロ
ータのオーバシュートや振動が生じ、制御位置が不安定
になる不具合があった。例えば、第６図のIVの状態が目
標ステップ位置であるとすれば、Ｉ→II→IIIとステッ
プしてきてIVの状態に到達したときに直ちに一相励磁
（例えばｃ相のみの励磁）となるが、一相励磁の静止ト
ルクは比較的小さいので、ロータ32の慣性によって第７
図の状態よりも進み過ぎた状態となってしまうのであ
る。これは特に電源電圧が高いときほど、二相励磁での
各ステップにおける起動トルクが高いことから著しいも
のとなり、極端な場合には、ロータ位置が所期のステッ
プ位置へ復帰し得なくなる虞れもある。

課題を解決するための手段そこで、この考案は、静止状態に到達したときにある程
度の期間二相励磁を継続してステップ位置を安定させ、
その後、一相励磁、更には無励磁へと切り換えるように
したものであって、特にその二相励磁を継続する制定時
間を電源電圧に応じて設定するようにしたものである。
すなわち、この考案に係る車両用ステップモータの制御
装置は、第１図に示すように、ステップモータ１のステ
ップ位置を順次記憶する位置記憶手段２と、このステッ
プモータ１のステップ位置が目標ステップ位置と合致し
ているか否かを判定する判定手段３と、両者が異なると
きに上記ステップモータ１のコイルを二相づつ励磁して
１ステップづつ進めるステップ制御手段４と、両者が合
致した静止状態が所定の制定時間の間継続したときに二
相励磁から一相励磁へ切り換える一相励磁切換手段５
と、この一相励磁の後に一相励磁から無励磁へ切り換え
る無励磁切換手段６と、上記判定時間を電源電圧に応じ
て与える制定時間設定手段７とを備えて構成されてい
る。

作用ステップモータ１のステップ位置が目標ステップ位置と
異なっている場合には、二相励磁方式で１ステップづつ
進められる。

ステップ位置が目標ステップ位置に合致すれば、その位
置でステップモータ１は二相励磁のまま静止状態とな
る。そして、この静止状態が所定の制定時間の間継続す
れば、そのステップ位置で一相励磁へ切り換えられ、か
つその後、無励磁へ切り換えられる。ここで上記制定時
間は電源電圧に応じて与えられるので、起動トルクが大
となる高電圧時にあっても、必ずステップ位置が十分に
安定した状態で一相励磁へ移行する。

実施例以下、この考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は一例として自動車用内燃機関12のアイドル回転
数制御用のアクチュエータとしてステップモータ11を用
いた実施例を示している。すなわち、主吸気通路13のサ
ージタンク14上流側にスロットル弁15が介装されてお
り、このスロットル弁15をバイパスするように補助空気
通路16が設けられているとともに、その出口側つまりサ
ージタンク14との接続部に補助空気量制御弁17が配設さ
れている。そして、この補助空気量制御弁17は、ステッ
プモータ11と、螺条により進退可能なシャフト17a先端
に固着されたテーパ状の弁体17bとからなり、ステップ
モータ11が回転すると弁体17bがオリフィス内に進退し
て、その開口面積を変化させる構成となっている。従っ
て、ステップモータ11が静止している状態では外部から
力を受けることはなく、無励磁とすることが可能であ
る。

18は、上記ステップモータ11のステップ位置を制御する
コントロールユニットを示している。このコントロール
ユニット18は、いわゆるマイクロコンピュータシステム
からなり、実際のアイドル回転数を検出するクランク角
センサ19等の信号に基づいてステップモータ11の目標ス
テップ位置を決定し、これに応じてステップモータ11の
各コイルの励磁状態を制御している。尚、20はステップ
モータ11の各コイルを励磁する際の電源となる車載のバ
ッテリ、21は燃料噴射弁を示している。

また上記ステップモータ11は、ロータに永久磁石を配設
した形式のものが用いられる。尚、このステップモータ
11のコイルの相数や極数は特に限定されるものではな
く、種々の形式のステップモータ11が使用可能である
が、以下の説明では、第６図に模式的に示すように、ａ
〜ｄの四相のコイルを備えたステップ角90°のものとし
て説明する。また補助空気量制御弁17のシャフト17aの
ストロークに対応してステップモータ11の全回転数が機
械的に制約されている。例えば、ステップモータ11が補
助空気量制御弁17の全閉から全開まで５回転するものと
仮定すれば、１回転４ステップであるから全部で20個の
ステップ位置があることになる。

次に、第３図は上記実施例のコントロールユニット18に
おいて実行される制御の内容を示すフローチャートであ
り、以下、これを説明する。尚、このフローチャートは
例えば10ms毎に割込処理される。従って、ステップモー
タ11は、10msをクロック周期としてステップ動作するこ
とになる。

先ずステップ１で、クランク角センサ19の検出信号等に
基づいて目標ステップ位置S₀を決定する。この目標ステ
ップ位置S₀は、前述したように、例えば20個の全ステッ
プ位置の中で割り当てられる。次にステップ２で、その
ときのステップモータ11のステップ位置Ｓと上記目標ス
テップ位置S₀とを比較する。尚、ステップモータ11のス
テップ位置Ｓは、ステップ動作のたびに内部カウンタの
値を加算，減算する（ステップ６）ことによって、常に
記憶されている。

ここで、カウンタにより示されるステップ位置Ｓと目標
ステップ位置S₀とが異なる場合には、ステップ３以降へ
進む。仮に、このとき二相励磁による制御を実行中であ
れば、ステップ3,4を経てステップ５へ進み、二相励磁
によってステップモータ11が１ステップだけ回転する。
すなわち、例えば（ｄ相,a相）の励磁状態から（ａ相,b
相）の励磁状態へ進む（第６図参照）。そして、ステッ
プ６で、そのときの回転方向に応じてカウンタＳの値を
加算もしくは減算し、ステップ位置Ｓを更新する。ま
た、この間、後述するカウンタＮの値は０に保つ（ステ
ップ７）。

従って、当初のステップ位置Ｓと目標ステップ位置S₀と
が大きく異なっていれば、以上の処理が10ms毎に繰り返
される結果、ステップモータ11は10ms毎に１ステップづ
つ回転する。第８図は、10msのクロックに対する各相の
励磁（斜線を施して示してある），非励磁の変化の一例
を示したシーケンス図であって、その初めの部分（図の
左側部分）では、このようにステップモータ11が１ステ
ップづつ回転して行くときの様子を示している。

次に、ステップ位置Ｓと目標ステップ位置S₀とが合致し
ている場合には、ステップ２からステップ８へ進み、カ
ウンタＮの値を１づつ加算する。つまり、このカウンタ
Ｎの値は、ステップモータ11が静止状態となってからの
経過時間を示す。そして、ステップ９で、二相励磁およ
び一相励磁の制定時間にそれぞれ対応するカウンタ値
N₁，N₂を設定し、かつステップ10でＮとN₁を比較する。
上記の設定値N₁，N₂は、第４図および第５図にそれぞれ
示すように、バッテリ電圧に応じて設定され、具体的に
は、電圧が高いほど大きな値として与えられる。ステッ
プ10でカウンタＮの値が設定値N₁に達するまでは、第８
図にも示すように二相励磁がそのまま継続される。従っ
て、十分に大きな静止トルクが与えられ、ロータは第６
図に示すＩ〜IVの何れかの姿勢で静止する。第８図の例
では、（ｃ相,d相）が励磁されたIVの姿勢で静止するこ
とになる。ここで、この二相励磁の制定時間つまり設定
値N₁の値は、上述したようにバッテリ電圧に応じて設定
されており、起動トルクが大きく従って慣性が大となる
高電圧時には比較的長い制定時間が与えられるので、ロ
ータの姿勢は所期の位置に確実に安定したものとなる。
第８図の例では、N₁＝３であり、従って30msの間二相励
磁が継続される。

そして、ステップ10でＮ≧N₁となったら、ステップ11,
ステップ12へと進み、二相励磁から一相励磁へ切り換え
る。これにより、それまで励磁されていた二相の中で例
えば上位側の一相のみが励磁される。第８図の例では、
（ｃ相,d相）の中でｃ相のみが励磁され、これによって
ロータの姿勢は第７図に示す状態となる。尚、このとき
カウンタＳの値は更新されない。

この一相励磁の状態は、カウンタＮの値が設定値N₂に達
するまで継続される（ステップ13）。この設定値N₂も、
バッテイ電圧に応じて与えられるので、電圧の高低に拘
わらず、第７図のような姿勢が確実に得られる。そし
て、ステップ13でＮ≧N₂となったら、ステップ14,ステ
ップ15へ進み、一相励磁から無励磁へ切り換える。これ
により、静止中の無駄な電力消費が防止される。また、
この第７図のような姿勢では、前述したようにある程度
のディテントトルクが発生するので、無励磁であって
も、その姿勢が確実に保持される。

次に、目標ステップ位置S₀が変化し、再びＳ≠S₀となっ
た場合には、先ずステップ３からステップ16へ進み、一
相励磁に復帰する。すなわち、記憶されているステップ
位置Ｓの例えば上位側の一相を励磁する。第８図の例で
は、（ｃ相,d相）のステップ位置で静止していたので、
その上位側であるｃ相が励磁される。そして、次の10ms
後の処理では、ステップ４からステップ17へ進み、二相
励磁に復帰する。すなわち、記憶されているステップ位
置Ｓに対応する二相（第８図の例ではｃ相,d相）が励磁
される。こうして、二相励磁状態に復帰した後に、前述
したようにＳ＝S₀とするべく１ステップづつステップモ
ータ11が回転することになる。

考案の効果以上の説明で明らかなように、この考案に係る車両用ス
テップモータの制御装置によれば、ステップモータが静
止してから一相励磁へ切り換えるまでの制定時間を電源
電圧に応じて与えるようにしたので、起動トルクが大と
なる高電圧時にあっても、ロータの過度のオーバシュー
トや振動を防止でき、所期のステップ位置で確実に安定
させることができる。従って、静止中に無励磁とする場
合に生じ易いステップ位置の狂いを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の構成を示すクレーム対応図、第２図
はこの考案の一実施例の機械的構成を示す構成説明図、
第３図はその制御の内容を示すフローチャート、第４図
および第５図は、それぞれカウンタ設定値N₁，N₂と電源
電圧との関係を示す特性図、第６図はステップモータの
二相励磁による動作説明図、第７図は一相励磁によるス
テップモータの状態を示す説明図、第８図は上記実施例
の動作の一例を説明するための各相の励磁状態を示すシ
ーケンス図である。１…ステップモータ、２…位置記憶手段、３…判定手
段、４…ステップ制御手段、５…一相励磁切換手段、６
…無励磁切換手段、７…制定時間設定手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】ステップモータのステップ位置を順次記憶
する位置記憶手段と、このステップモータのステップ位
置が目標ステップ位置と合致しているか否かを判定する
判定手段と、両者が異なるときに上記ステップモータの
コイルを二相づつ励磁して１ステップづつ進めるステッ
プ制御手段と、両者が合致した静止状態が所定の制定時
間の間継続したときに二相励磁から一相励磁へ切り換え
る一相励磁切換手段と、この一相励磁の後に一相励磁か
ら無励磁へ切り換える無励磁切換手段と、上記制定時間
を電源電圧に応じて与える制定時間設定手段とを備えて
なる車両用ステップモータの制御装置。